進水液動蝶閥在恰甫其海水電站的應用分析

王 躍（新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局恰甫其海水電廠，新疆鞏留　835400）

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進水液動蝶閥在恰甫其海水電站的應用分析

王 躍
（新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局恰甫其海水電廠，新疆鞏留835400）

【摘 要】本文介紹了恰甫海水電站目前使用的水輪機進水雙密封液動蝶閥的性能特點、工作原理及一般故障處理方法，并對其進行靜水啟閉實驗。結果表明該液動蝶閥在水電站進水系統(tǒng)中技術優(yōu)越，值得推廣借鑒。

【關鍵詞】水輪發(fā)電機；液動蝶閥；密封

恰甫其海水電站是恰甫其海水利樞紐工程的重要組成部分，地處伊犁州鞏留縣境內的特克斯河恰甫其海河谷，距鞏留縣城41km，電站總裝機4×80MW，年發(fā)電量11.5億kW·h，采用發(fā)電機—變壓器單元接線方式，分別有一座220kV的升壓站和一座110kV的升壓站，兩座升壓站均采用SF6氣體絕緣金屬封閉開關設備，220kV出線2回，分別是恰特線（恰甫其?！乜怂股娇谒娬荆┖颓∏啖蚓€（恰甫其?！嗄曜冸娬荆?；110kV出線2回，分別是恰河Ⅰ線（恰甫其海—山口河川變電站）和恰河Ⅱ線。該水電站是新疆電網中調峰、調頻的主力發(fā)電廠和黑啟動電源點。水電站壓力鋼管取水采用一管兩機結構，即一根壓力鋼管供2臺水輪發(fā)電機組，進水蝶閥采用PDF92-WY-500型液動蝶閥。

1 進水閥的組成

恰甫其海水電站進水閥包括液動蝶閥、進水管伸縮器、高速進排氣閥、旁通閥、旁通閥前后手閥、水系統(tǒng)等附件，是水電廠站管線系統(tǒng)中截斷或接通介質的理想設備［1］。進水閥技術參數(shù)見表1。

表1　進水液動蝶閥技術參數(shù)

2 液動蝶閥的應用

2.1 液動蝶閥的特點

a.工作密封采用預壓可調密封結構，密封副為T型硬橡膠不銹鋼密封，密封嚴密可靠，可在不拆卸閥體的情況下檢修或更換密封圈。

b.檢修密封采用可移動自密封結構型式，密封副為金屬硬密封，經專門工藝處理，有較高的硬度和耐磨性。當檢修密封投入時，活門上L型密封圈在水壓作用下向外膨脹，能得到可靠的密封比壓。當活門旋轉時，動密封環(huán)先行脫離，使兩密封面無旋轉摩擦，開啟力矩小，使用壽命長［2］。

c.蝶板采用雙偏心、雙平板過流型式，兩塊承力平板邊緣設有兩道密封，中間肋板呈對稱分布。所有過流截面的邊緣在機床上加工成過流斜面，其對閥門后水流穩(wěn)定性引起的干擾作用很小，不僅具有良好的水力特性，流阻系數(shù)小，而且關閥時具有閥門偏心勢能及蓄能罐的壓力勢能，使閥門始終具有足夠的保險系數(shù)，在任何需要關閥的情況下都能夠安全可靠地關閉。

d.閥軸密封采用抗雙重補償性運動密封結構，既能有效地防止泥沙進入軸承內，又使得密封更嚴密、更可靠，同時便于調整、拆卸和更換，完全可滿足一個大修期不更換、不外漏的要求。

e.設計時采用計算機三維模擬技術和有限元分析方法，對總體結構進行優(yōu)化設計。外形美觀，結構緊湊合理，既降低了材耗，又保證了強度和剛度的要求。

f.高度集成化的液壓系統(tǒng)采用隔離式蓄能罐儲存能量和多重防護結構，體積小，保壓時間長，能量損失小，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，安全可靠，滿足自動化要求。

g.自動控制系統(tǒng)以PLC（可編程控制器）為核心，采用工業(yè)人機界面（觸摸屏）進行操作及顯示。進水閥可就地操作、自動控制、遠控，還可提供遠程計算機診斷、咨詢等服務［3］。利用遠距離通信接口，通過公用電話線路與遠程上位機進行信號傳輸，實現(xiàn)遠程監(jiān)控或管理，滿足現(xiàn)代化水電站“無人值班，少人值守”的要求。

2.2 液動蝶閥的作用

水輪機進水液動蝶閥安裝在蝸殼進口漸變段前的壓力鋼管上，其主要作用如下：

a.機組檢修時，用于截斷水流，便于放空蝸殼存水。

b.機組長時間停用時，關閉主閥，截斷上游來水以減少導葉漏水。

c.調速器或導葉發(fā)生故障時，用于緊急切斷水流，防止機組飛逸，避免事故擴大。

d.一根輸水總管同時給幾臺機組供水的引水式水電站，在分叉管末端裝設閥門，以便一臺機組檢修時不影響其他機組正常發(fā)電。

3 進水閥系統(tǒng)的檢修

3.1 密封檢修

液動蝶閥檢修密封工作時，所用壓力水是由一臺高壓柱塞泵和水系統(tǒng)控制柜提供的，所用水源必須為清潔水源或經過濾處理后水質良好的水源。當進水閥門需要檢修時，閥門必須處于關閉狀態(tài)［4］。打開截止閥3.9（見下圖），對照該閥門所配水系統(tǒng)控制柜的動作（見表2），打開需要檢修密封投入的相應截止閥，然后起動高壓柱塞泵2（四臺控制柜配一臺高壓柱塞泵），壓力水進入閥門檢修密封活塞的上游腔，推動閥體檢修密封圈向活門運動，兩密封面接觸，控制系統(tǒng)發(fā)出檢修密封副投入信號，此時即可進行檢修。檢修完成后，檢修密封需要解除時，先向檢修密封副和工作密封副之間的空腔充水平壓，平壓后對照該閥門所配水系統(tǒng)控制柜的動作，打開需要檢修密封解除的相應截止閥，然后起動高壓柱塞泵2，壓力水進入閥門檢修密封活塞的下游腔，推動閥體檢修密封圈向上游側運動，閥體檢修密封圈與活門密封圈脫離，當檢修密封副完全解除后，控制系統(tǒng)發(fā)出檢修密封副解除信號，此時閥門可正常啟閉。

檢修密封水系統(tǒng)原理圖

表2　檢修動作

3.2 一般故障及排除方法

一般故障及排除方法見表3。

表3　液動蝶閥一般故障及排除方法

4 進水液動蝶閥工作原理

4.1 旁通管伸縮器

伸縮器由伸縮座、密封圈、壓蓋、伸縮管等組成。在一定的范圍內可軸向伸縮，伸縮管的伸縮可得到最大或最小的結構尺寸，同時也能在一定的范圍內克服因管道安裝不同軸而產生的偏移，使閥門的安裝、維修、更換更加方便。

4.2 液動金屬硬密封蝶閥、蝸輪傳動蝶閥

該蝶閥具有整體尺寸小、重量輕、啟閉迅速、操作輕便省力、流阻小、節(jié)省能源、壽命長、易調整等優(yōu)點。

a.液動金屬硬密封蝶閥。啟動液壓傳動裝置，帶動閥軸在90°范圍內旋轉，使蝶板處于關閉或開啟狀態(tài)，達到截斷或連通介質的目的。傳動裝置上的曲柄順時針旋轉時，蝶板向關閉方向運動，逆時針旋轉時，蝶板向開啟方向運動。液動金屬硬密封蝶閥的傳動裝置上備有限位裝置，通過調節(jié)箱體上的限位螺栓，能使蝶板處于準確的開、關位置。

b.蝸輪傳動蝶閥。旋轉蝸輪傳動裝置上的手輪，通過蝸輪箱內的蝸輪、蝸桿減速，帶動閥軸在90°范圍內旋轉，使蝶板處于關閉或開啟狀態(tài)，達到截斷或連通介質的目的。蝶閥具有調整蝶板位置的裝置，通過調節(jié)蝸輪箱體上的限位螺栓，能使蝶板處于準確的開、關位置。蝶閥的密封性能也可進行調整，在長期使用過程中，因密封零件磨損而產生的泄漏，只需在泄漏部位擰緊調節(jié)螺釘即可。若磨損嚴重或橡膠老化，可更換蝶板密封圈，其調整和更換極為方便。如果密封面接觸太緊，在不影響密封性能的前提下，均勻擰松調節(jié)螺釘，可以減小操作力矩。

4.3 雙孔口高速進排氣閥

雙孔口高速進排氣閥將雙排氣閥合為一體，用于輸水管道中自動進排氣。該閥體積小、重量輕，具有兩個復合式排氣閥的功能。排氣能力比普通雙孔口排氣閥大2倍以上。進氣閥主要由閥體、閥蓋、球碗、浮球、氣嘴等部分組成。管內充水初期大量空氣經球碗窗口的大孔口排出，隨著水位的升高浮球頂著球罩向上浮，閥門從而自動密封；當管內出現(xiàn)少量空氣形成氣泡使閥內水位下降時，浮球下落，空氣則從球罩上的小孔口排出；當管內無壓力或出現(xiàn)負壓時，球罩、浮球下落，空氣經大孔口快速進入。

5　A級檢修試驗

恰甫其海水電站進水液動蝶閥工作壓力為16～19MPa，油泵啟動壓力為16MPa，油泵停泵壓力為19MPa；在機組A級檢修期間，現(xiàn)地對進水口液動蝶閥控制柜進行靜水啟閉試驗，在關閉2臺油泵電機電源情況下，進行靜水中開關閥操作，操作起始壓力為17.6MPa，關閥到位壓力為12.1MPa，關閥至開閥到位壓力為8.8 MPa，滿足進水液動蝶閥在失去電源情況下機組發(fā)生過速需緊急關閉水輪機進水液動蝶閥的要求，以截斷水流防止機組發(fā)生更大事故。進水口蝶閥靜水啟閉試驗動作時間（見表4）。

表4　靜水啟閉試驗記錄動作時間

6 結 語

綜上所述，恰甫其海水電站的水輪機雙密封進水液動蝶閥主密封預壓可調，無泄漏；檢修密封移動準確，自密封嚴密可靠；高度集成化的液壓系統(tǒng)具有多重防護結構，體積小，保壓時間長，能量損耗小，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，安全可靠。說明該液動閥可以滿足一閥代替兩閥的功能，并完全滿足“無人值班、少人值守”的現(xiàn)代化水電站要求［5］。

參考文獻

［1］DL/T 838—2003.發(fā)電企業(yè)設備檢修導則［S］.北京：中國電力出版社，2003.

［2］楊源泉.閥門設計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1992.

［3］張清雙，尹玉杰，李樹勛，等.閥門和驅動裝置技術手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2010.

［4］胡廣生.“635”水電站水力機械設計［J］.水利建設與管理，2002（6）：15-16.

［5］張軍仿.5m雙密封進水液動蝶閥在恰甫其海水電站的應用［J］.水電站機電技術，2006，29（5）：22-23.

Analysis on applying water inlet hydraulic butterfly valve in Qiafuqihai Hydropower Station

WANG Yue
（Xinjiang Yili River Basin Development and Construction Administration Qiafuqihai Hydropower Station，Gongliu 835400，China）

Abstract：In the paper，the performance features，working principle and general fault handling methods of water turbine inlet hydraulic butterfly valve used in Qiafuqihai Hydropower Station currently are introduced.Hydrostatic open/close test is implemented.The results show that the hydraulic butterfly valve has advanced technology in hydropower station water inlet system，which is worth promoting.

Key words：hydraulic power generator；hydraulic butterfly valve；sealing

DOI：10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.03.012

中圖分類號：TV732.7

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8241（2016）03-0049-04