仙居抽水蓄能電站球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張芳 姚文革

摘 要：浙江仙居抽水蓄能電站Φ2.6m球閥是國內(nèi)獨(dú)立設(shè)計(jì)制造的已發(fā)電抽水蓄能電站中設(shè)計(jì)水頭最高的球閥。本文簡(jiǎn)要介紹了該球閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站；球閥；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM645 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

浙江仙居抽水蓄能電站位于浙江省仙居縣湫山鄉(xiāng)境內(nèi)，電站安裝4臺(tái)單機(jī)容量為375MW的混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，是目前國內(nèi)單機(jī)容量最大的抽水蓄能電站。水輪機(jī)前設(shè)有直徑為2.6 m的球閥，由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司自主獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造。

1 球閥結(jié)構(gòu)

1.1 基本參數(shù)

球閥型號(hào)：QF565-WY-260；公稱直徑：Ф2600 mm；最大靜水壓：5.53 MPa；設(shè)計(jì)壓力：7.7 MPa；接力器操作油壓：6.3 MPa。

1.2 球閥的總體結(jié)構(gòu)

進(jìn)水球閥安裝在壓力鋼管與水輪機(jī)蝸殼進(jìn)口段之間，在機(jī)組事故情況下，可實(shí)現(xiàn)緊急動(dòng)水關(guān)閉，以防止事故擴(kuò)大；在檢修水輪機(jī)時(shí)，可截?cái)嗨啓C(jī)進(jìn)水。球閥閥體與上游側(cè)連接管和下游側(cè)伸縮節(jié)通過螺栓連接，上游連接管與壓力鋼管采用工地焊接方式相連，伸縮節(jié)通過螺栓與蝸殼延伸段相連。球閥設(shè)計(jì)為臥軸、油壓操作，雙面金屬密封、水壓操作密封環(huán)的結(jié)構(gòu)，通過打開球閥主密封來實(shí)現(xiàn)活門開啟前的平壓要求，球閥通過兩個(gè)Φ550接力器實(shí)現(xiàn)活門的開啟和關(guān)閉。球閥的總體布置見圖1。

1.2.1 閥體

閥體為大小半結(jié)構(gòu)，鑄鋼制造，其優(yōu)點(diǎn)是閥體分半面為整圓，便于密封，同時(shí)分半面螺栓受力均勻。前閥體兩側(cè)各有一個(gè)水平軸承座用于支撐閥軸和活門。閥體能承受在球閥遮斷水流時(shí)，水流作用在活門和閥體上的最大軸向水推力。前閥體底部均設(shè)有支撐底座，按傳遞球閥全部垂直荷載設(shè)計(jì)。

1.2.2 活門

活門采用鑄鋼材料，活門的內(nèi)孔直徑與閥體進(jìn)出口直徑相同?；铋T上裝有密封座，與閥體上的動(dòng)密封環(huán)配合起密封水的作用。閥軸為鍛鋼材料，活門和閥軸為螺栓把合結(jié)構(gòu)。

1.2.3 球閥主密封

球閥主密封包括上游檢修密封和下游工作密封，密封裝置包括動(dòng)密封環(huán)和固定密封環(huán)，均為可拆卸結(jié)構(gòu)，不銹鋼材料。動(dòng)密封環(huán)為整體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成滑動(dòng)式。動(dòng)密封環(huán)上的密封采用進(jìn)口聚氨酯組合密封圈。無需排空壓力鋼管和拆卸球閥主體便可以檢修和更換工作密封。工作密封由進(jìn)水閥控制系統(tǒng)自動(dòng)操作。檢修密封由手動(dòng)操作，并設(shè)有防腐蝕機(jī)械鎖定裝置。

1.2.4 球閥樞軸軸承和密封

球閥軸承包括鋼套和軸承瓦，軸承瓦安裝在鋼套里，可隨鋼套一起在不解體閥體條件下從閥體內(nèi)拆出來。軸承瓦為國進(jìn)口DEVA-BM自潤滑軸瓦，承載性能好。鋼套外側(cè)與閥體接觸部位設(shè)有O型靜密封，鋼套內(nèi)側(cè)與閥軸接觸部位設(shè)有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封。一道靠近閥體內(nèi)側(cè)，為擋沙作用的O型橡膠密封圈，密封槽有平壓孔，可使鋼套內(nèi)外側(cè)壓力相同；另一道在閥體外側(cè)，采用U型密封圈，利用旁通孔引入的壓力水漲開U型密封的唇邊，達(dá)到密封效果。在U型密封圈的外側(cè)，設(shè)有一道組合格萊圈密封。

1.2.5 操作機(jī)構(gòu)

球閥由兩個(gè)雙作用油壓接力器操作，接力器與兩側(cè)的轉(zhuǎn)臂連接，轉(zhuǎn)臂與閥軸通過銷子直接連接。接力器為直缸搖擺式，接力器在油壓裝置最小油壓下，最壞的操作工況（動(dòng)水關(guān)閉）時(shí)，安全關(guān)閉球閥。操作機(jī)構(gòu)設(shè)有機(jī)械液壓一體式的鎖定裝置以及鎖定位置信號(hào)裝置，信號(hào)傳至進(jìn)水閥控制柜。在進(jìn)水閥全關(guān)后自動(dòng)投入液壓鎖定；當(dāng)機(jī)組檢修時(shí)，可以同過機(jī)械鎖定桿將進(jìn)水閥鎖定在全關(guān)位置。

1.2.6 旁通管路和空氣閥

球閥設(shè)置了旁通管路，其作用是平壓和消除機(jī)組振動(dòng)。旁通閥為DN150液壓針型閥，可由控制系統(tǒng)自動(dòng)控制。

在球閥伸縮節(jié)頂部設(shè)有一個(gè)DN100帶檢修球閥的自調(diào)節(jié)式空氣閥，在蝸殼充水時(shí)排氣，排水時(shí)補(bǔ)氣。

2 動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)

2017年3月26日至28日，仙居電站及其他相關(guān)部門對(duì)3#機(jī)球閥進(jìn)行了動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)，分別在空載、50%及100%額定負(fù)荷工況下進(jìn)行了動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，振動(dòng)、噪聲及其他各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，并無任何有害變形及異常噪聲發(fā)生，因此完全可以確保機(jī)組的安全運(yùn)行。

結(jié)語

目前仙居抽水蓄能電站球閥已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)行，經(jīng)工廠試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，閥體具有足夠的強(qiáng)度和剛度，應(yīng)力和變形均在允許范圍之內(nèi)，活門漏水試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，表明該項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作取得圓滿成功。

參考文獻(xiàn)

[1]樸春光.韓國青松抽水蓄能電站球閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[J].哈爾濱：大電機(jī)技術(shù)，2007（4）：42-44.