淺談瀑布溝水電站的典型閥門應(yīng)用

李其源，葉亞林，湯文楨

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

淺談瀑布溝水電站的典型閥門應(yīng)用

李其源，葉亞林，湯文楨

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

閥門是水電站各管路系統(tǒng)不可缺少的重要附件。根據(jù)不同的需要，合理采用不同型式不同功用的閥門，能使其應(yīng)用達(dá)到最佳效果。著重介紹了瀑布溝水電站油水氣管路系統(tǒng)中典型閥門的性能、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用情況，對(duì)水電站主要閥門類型的選用具有一定的參考意義。

閥門；典型；應(yīng)用；水氣系統(tǒng)；閘閥；蝶閥；球閥；水控閥

0 概述

瀑布溝水電站裝設(shè)6臺(tái)額定容量為600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量3 600 MW。為保證水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定，其輔助系統(tǒng)也必須安全可靠。瀑布溝電站水輪發(fā)電機(jī)組油水氣輔助系統(tǒng)，包括機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)、滲漏排水系統(tǒng)、檢修排水系統(tǒng)、透平油系統(tǒng)、絕緣油系統(tǒng)、中壓氣系統(tǒng)、低壓氣系統(tǒng)、機(jī)組強(qiáng)迫補(bǔ)氣系統(tǒng)、大壩機(jī)械油水氣系統(tǒng)等。依據(jù)不同的需要，在輔助系統(tǒng)中選用了多種型式的閥門，發(fā)揮著不同的性能功用。

1 閥門的應(yīng)用及需求

（1）閥門安裝在各種管路系統(tǒng)中，用于控制流體的壓力、流量和流向，具有截?cái)?、調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能。由于流體的壓力、流量、溫度和物理化學(xué)性質(zhì)的不同，對(duì)流體系統(tǒng)的控制要求和使用要求也不同，所以閥門的種類和品種規(guī)格非常多，正確的使用閥門，是實(shí)現(xiàn)閥門的密封性能、強(qiáng)度性能、調(diào)節(jié)性能、動(dòng)作性能和流通性能的關(guān)鍵所在。不同的閥門按是否需要操縱外力分為自動(dòng)閥門和驅(qū)動(dòng)閥門兩種，但如按結(jié)構(gòu)特征、用途、操縱方式，公稱壓力、介質(zhì)工作溫度、閥體材料、公稱通徑、與管道的連接方式等區(qū)分，則分類繁多。

（2）瀑布溝水電站的各管路系統(tǒng)，結(jié)合電力生產(chǎn)的不同需要，對(duì)閥門的需求各不相同。從大的系統(tǒng)分類，有冷卻、潤(rùn)滑用的透平油系統(tǒng)、液壓?jiǎn)㈤]設(shè)備高壓操作用油系統(tǒng)和絕緣散熱用的絕緣油系統(tǒng)，有機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)和廠房檢修、滲漏排水系統(tǒng)、清潔水系統(tǒng)以及消防用水系統(tǒng)，有制動(dòng)用氣、圍帶密封用氣、檢修用氣和中壓強(qiáng)迫補(bǔ)氣系統(tǒng)，按介質(zhì)的不同，可分為油、水、氣三種，按工程壓力又有0.3 MPa、0.5 MPa、0.7 MPa 、2.0 MPa、6.3 MPa、25 MPa 等不同壓力等級(jí)，按工程通徑有大至800 mm、小至1/2″的不同，按功能有切斷用、止回用、調(diào)節(jié)用、分配用、安全用、排污用、放空用等，都對(duì)管路及其閥門附件提出了不同的需求。

2 典型閥門的應(yīng)用實(shí)踐

瀑布溝電站油水氣管路系統(tǒng)采用的閥門種類及規(guī)格較多，從普通閘閥到水輪機(jī)圓筒閥，本文不一一羅列，僅就使用數(shù)量多、結(jié)構(gòu)型式及用途特殊的典型閥門在瀑布溝電站的應(yīng)用，作以簡(jiǎn)單介紹。

（1）閘閥也叫閘板閥，它的閉合原理是閘板密封面與閥座密封面高度光潔、平整一致,相互貼合,可阻止介質(zhì)流過。閘閥的啟閉件是閘板，閘板的運(yùn)動(dòng)方向與流體方向相垂直，閘閥只能作全開和全關(guān),它在管路中主要起切斷作用，不能作調(diào)節(jié)和節(jié)流。它的優(yōu)點(diǎn)是：流體阻力小,啟閉省勁,可以在介質(zhì)雙向流動(dòng)的情況下使用,沒有方向性,全開時(shí)密封面不易沖蝕,結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度短,不擾流、不降低壓力，形體簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度短，制造工藝性好，適用范圍廣。閘閥的缺點(diǎn)是：密封面之間易引起沖蝕和擦傷，維修比較困難，外形尺寸較大，開啟需要一定的空間，開閉時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

圖1 閘閥

瀑布溝電站上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承及推力軸承油冷卻系統(tǒng)管路所采用的閥門多為閘閥，起到關(guān)斷流體介質(zhì)的作用。閘閥通過閥門頂端的螺母以及閥體上的導(dǎo)槽，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),也就是將操作轉(zhuǎn)矩變?yōu)椴僮魍屏?。但在運(yùn)行時(shí)，閥門開度位置只能靠閥桿伸長(zhǎng)的多少粗略判斷。實(shí)際使用時(shí)，是以閥桿的頂點(diǎn)作為標(biāo)志，即開不動(dòng)的位置，作為它的全開位置。為考慮防止溫度變化出現(xiàn)鎖死現(xiàn)象,通常在開到頂點(diǎn)位置上,再倒回半圈,作為全開閥門的位置。因此,閥門的全開位置，按閘板的位置（即行程〉來確定。

（2）蝶閥也叫蝴蝶閥，顧名思義，它的關(guān)鍵性部件好似蝴蝶迎風(fēng)，自由回旋。蝶閥啟閉件是一個(gè)圓盤形的蝶板，在閥體內(nèi)繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，旋角的大小,便是閥門的開閉度，蝶閥全開到全關(guān)通常是小于90°。蝶閥和蝶桿本身沒有自鎖能力，為了蝶板的定位，要在閥桿上加裝蝸輪減速器。采用蝸輪減速器，不僅可以使蝶板具有自鎖能力，使蝶板停止在任意位置上，還能改善閥門的操作性能。蝶閥的優(yōu)點(diǎn)是：?jiǎn)㈤]方便迅速、省力、流體阻力小，可以經(jīng)常操作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧，體積小，重量輕，可以做成很大口徑，調(diào)節(jié)性能好。蝶閥的缺點(diǎn)是：使用壓力和工作溫度范圍小，密封性較差。

瀑布溝電站技術(shù)供水系統(tǒng)所采用了很多規(guī)格的蝶閥，包括機(jī)組和主變技術(shù)供水泵取水管路的大口徑蝶閥和機(jī)組各部軸承冷卻系統(tǒng)大小蝶閥。因各部軸承發(fā)熱和用油不同，其需要的冷卻水也就不盡相同，故合理調(diào)節(jié)各冷卻系統(tǒng)用水量也就很重要了。此外，蝶閥還可配備電機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)操作，參與機(jī)組開停機(jī)流程控制，大大提高了自動(dòng)化控制程度。

圖2 蝶閥

（3）球閥是用帶有圓形通道的球體作啟閉件，球體隨閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)啟閉動(dòng)作的閥門。球閥的啟閉件是一個(gè)有孔的球體，繞垂直于通道的軸線旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到啟閉通道的目的。球閥主要供開啟和關(guān)閉管道和設(shè)備介質(zhì)之用。球閥主要優(yōu)點(diǎn)是：適用于經(jīng)常操作，啟閉迅速、輕便，流體阻力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)體積小，重量輕，便于維修，密封性能好，不受安裝方向的限制，介質(zhì)的流向可任意，無振動(dòng)，噪聲小。但球閥不能用作節(jié)流，且大小受限制。

圖3 球閥

瀑布溝調(diào)速器和圓筒閥油壓系統(tǒng)所采用多種規(guī)格的球閥。此油壓系統(tǒng)壓力高，閥門主要用做檢修作業(yè)和事故時(shí)的隔離，很少用做調(diào)節(jié)作用，故要求有很高的密封性和可靠性。油壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥門（調(diào)速器主配壓閥）采用專業(yè)廠家閥門，設(shè)計(jì)精密，制造工藝嚴(yán)格，精度很高?？刂苹芈犯嗖捎媒M合電磁閥控制。

（4）截止閥的啟閉件是塞形的閥瓣，密封面呈平面或錐面，閥瓣沿流體的中心線作直線運(yùn)動(dòng)。截止閥開啟時(shí)，閥瓣的開啟高度為公稱直徑的25%～30%時(shí)，流量已達(dá)到最大，表示閥門已達(dá)全開位置。所以截止閥的全開位置，應(yīng)由閥瓣的行程來決定。截止閥主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和維修比較方便，工作行程小，啟閉時(shí)間短，密封性好，密封面間摩擦力小，壽命較長(zhǎng)。主要缺點(diǎn)是：流體阻力大，開啟和關(guān)閉時(shí)所需力較大。截止閥不適用于帶顆粒、粘度較大、易結(jié)焦的介質(zhì)。

圖4 截止閥

瀑布溝電站中壓及低壓氣系統(tǒng)采用的閥門就是截止閥。氣系統(tǒng)不僅壓力高，管路長(zhǎng)，且有時(shí)需根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)節(jié)流量。截止閥具有一定的方向性，密封性好，可以很好的隔斷氣流。

（5）水控閥是利用系統(tǒng)自身的水壓控制閥門的開關(guān)，它是由一個(gè)主閥及其附設(shè)的導(dǎo)管、導(dǎo)閥、針閥、球閥和壓力表等組成。水控閥分為隔膜型和活塞型兩類。其工作原理相同，都是以上下游壓力差△P為動(dòng)力，由導(dǎo)閥控制，使隔膜（活塞）液壓式差動(dòng)操作。水控閥完全由水力自動(dòng)調(diào)節(jié)，使主閥閥盤完全開啟或完全關(guān)閉的狀態(tài)。

圖5 水控閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

水控閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖五所示。當(dāng)進(jìn)入隔膜（活塞）上方控制室內(nèi)的壓力水被排到大氣或下游低壓區(qū)時(shí)，作用在閥盤底部和隔膜下方的壓力值就大于上方的壓力值，將主閥閥盤推到完全開啟的位置。當(dāng)進(jìn)入隔膜（活塞）上方的控制室內(nèi)的壓力水不能排到大氣或下游低壓區(qū)時(shí)，作用在隔膜（活塞）上方的壓力值就大于下方的壓力值，所以就將主閥閥盤壓到全關(guān)位置。當(dāng)隔膜（活塞）上方控制室內(nèi)的壓力處于入口壓力和出口壓力中間時(shí)，主閥閥盤就處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，其調(diào)節(jié)位置取決于導(dǎo)管系統(tǒng)中的針閥和可調(diào)導(dǎo)閥的聯(lián)合控制作用?？烧{(diào)導(dǎo)閥可以通過下游的出口壓力并隨它的變化而開大或關(guān)小其自身的小閥口，從而改變隔膜（活塞）上方控制室的壓力值，控制方閥閥盤的調(diào)節(jié)位置。

瀑布溝技術(shù)供水系統(tǒng)總出口閥就采用水控閥，檢修滲漏排水泵出口閥也采用水控閥，中壓氣機(jī)冷卻水控制閥也是微型水控閥。水控閥常常和電磁閥組合使用，提高自動(dòng)控制性能。

（6）圓筒閥不是標(biāo)準(zhǔn)意義上的閥門，而是水輪機(jī)的一種新型進(jìn)水閘門，它裝設(shè)于固定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉之間，代替在壓力管道上裝設(shè)的蝶閥或球閥。水輪機(jī)圓筒閥自1962年用于真機(jī)以來，通過一些中小水輪機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐，逐步得到了完善。圓筒閥全關(guān)時(shí)密封性能良好，對(duì)多泥沙電站，用以停機(jī)時(shí)保護(hù)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)免遭間隙空化與泥沙磨損。圓筒閥全開時(shí)縮入頂蓋與座環(huán)形成的腔內(nèi)，下端面與頂蓋平齊，不產(chǎn)生水頭損失。當(dāng)機(jī)組產(chǎn)生飛逸時(shí)，可動(dòng)水關(guān)閉圓筒閥，以保護(hù)機(jī)組免遭損壞。圓筒閥包括閥體、操作接力器、同步機(jī)構(gòu)三大部分。圓筒閥具有尺寸大、剛度差、制造及安裝要求高等特點(diǎn)。

3 問題與改進(jìn)

瀑布溝電站閥門規(guī)格和種類繁多，各具特點(diǎn)，發(fā)揮了不同的功用。但在使用過程中，也存在一定的問題，主要有：一是大型水電工程建設(shè)中，設(shè)備采購分別招標(biāo)采購，存在同型式同規(guī)格不同生產(chǎn)廠家供貨的問題，致使備品的準(zhǔn)備增加了難度；二是個(gè)別系統(tǒng)管路閥門配置不夠合理，有流量調(diào)節(jié)需要卻未配置有相應(yīng)流量調(diào)節(jié)的閥門；三是個(gè)別系統(tǒng)配置的閥門存在電動(dòng)和液壓不同型式的閥門，規(guī)格不統(tǒng)一；四是個(gè)別閥門存在質(zhì)量問題,投入使用不久后就出現(xiàn)關(guān)閉不嚴(yán)的問題。因此，對(duì)于新投產(chǎn)電站，需要針對(duì)以上情況進(jìn)行相應(yīng)的整改治理，優(yōu)化配置，合理選型，正確使用，發(fā)揮不同型式閥門的功用。

4 結(jié)束語

科學(xué)選用閥門，有效發(fā)揮其功用，是水電站設(shè)計(jì)、建設(shè)期的一項(xiàng)重要工作。維護(hù)、使用好各型閥門，使其發(fā)揮良好作用，并維持其較長(zhǎng)的使用壽命，是水電站后期運(yùn)行管理的一項(xiàng)長(zhǎng)期工作。瀑布溝電站各型閥門的應(yīng)用，需要在實(shí)踐中多積累經(jīng)驗(yàn)，并不斷的完善和改進(jìn)。

TK730.4+7

B

1672-5387（2010）06-0063-03

2010-10-08

李其源（1984-），男，助理工程師，從事水電站運(yùn)行維護(hù)工作。