朱利諾-JNHPP 水電站大型蝶閥的結(jié)構(gòu)與安裝

孫 慶，岳國(guó)艷

（東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川 德陽(yáng) 618000）

1 電站概況

朱利諾水電站位于坦桑尼亞Morogoro 地區(qū)的Rufiji 河上，距離沿海城市達(dá)累斯薩拉姆大約220 km，是坦桑尼亞政府解決電力短缺的國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目。電站共布置9 臺(tái)單機(jī)容量235 MW 混流式水輪發(fā)電機(jī)組。東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司負(fù)責(zé)該電站9 臺(tái)套水輪發(fā)電機(jī)組以及9 臺(tái)套Φ6 350 蝶閥的供貨。首臺(tái)機(jī)組計(jì)劃于2024 年2 月投產(chǎn)發(fā)電。

2 蝶閥基本參數(shù)

蝶閥型號(hào)：PDF128-WY-635

蝶閥名義直徑：Φ6 350 mm

接力器額定油壓：16 MPa

蝶閥最大靜水頭：128 m

蝶閥升壓水頭：167 m

蝶閥設(shè)計(jì)壓力：2.1 MPa

密封操作水壓：0.4～4.0 MPa

3 蝶閥結(jié)構(gòu)及布置

3.1 蝶閥結(jié)構(gòu)

蝶閥由閥體、活門、閥軸、軸承、活動(dòng)環(huán)、重錘、接力器等主要部件構(gòu)成。閥體為整體平板結(jié)構(gòu)，重約110 t，其上布置有11 個(gè)檢修密封手動(dòng)鎖定裝置和2個(gè)用于鎖定重錘的液壓鎖定裝置。活門為整體平板結(jié)構(gòu)，名義直徑Φ6 350 mm，重約162 t，其上游側(cè)布置有金屬封水環(huán)和實(shí)心橡膠檢修密封，下游側(cè)布置實(shí)心橡膠工作密封。

活門上對(duì)稱裝配2 件閥軸，單件閥軸重約14 t，與活門采用8-M110×6 螺柱聯(lián)接并用銷套傳遞扭矩?；顒?dòng)環(huán)為整體環(huán)形件，在其外側(cè)的不同直徑布置有3 圈滑動(dòng)密封，由0.4～4.0 MPa 水壓操作與檢修密封形成密封配合。閥軸上對(duì)稱裝配2 件重錘，單件重錘重約48 t，蝶閥關(guān)閉時(shí)完全依靠重錘作用。左右重錘側(cè)布置2 個(gè)Φ490 搖擺式接力器，接力器全行程2 491 mm，額定操作油壓16 MPa。

3.2 蝶閥布置

蝶閥布置在壓力鋼管出口與蝸殼進(jìn)口之間，由蝶閥本體、伸縮節(jié)、上游連接管、湊合段組成。伸縮節(jié)布置在蝶閥下游，與閥體伸縮距離為30 mm，采用80-M90×6 螺柱分別與閥體和蝸殼延伸段連接。伸縮節(jié)側(cè)面設(shè)置一個(gè)Φ600 進(jìn)人門，上部側(cè)面布置2-DN450 旁通管路，頂部布置1-DN350 排氣管路，下部布置1-DN500 排水管路。

上游連接管采用80-M110×6 螺柱與閥體連接，上部側(cè)面布置2-DN450 旁通管與伸縮節(jié)管路連接。閥體下部布置1-DN250 排污管路。湊合段與連接管均為610CF 高強(qiáng)鋼材質(zhì)焊接，與壓力鋼管Q345R 為異種鋼焊接。湊合段下部布置1-DN500排水管路。

圖1 蝶閥整體布置圖

4 蝶閥安裝

4.1 蝶閥安裝間裝配

蝶閥裝配中的閥體、活門、閥軸、軸承、活動(dòng)環(huán)、重錘、接力器等部件均在制造廠進(jìn)行預(yù)裝并做相應(yīng)的試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后再完整性拆卸。因受重量和運(yùn)輸條件的限制，拆除后的部件運(yùn)至電站安裝間后按照與制造廠相同的裝配工藝要求進(jìn)行裝配后整體翻身吊入機(jī)坑就位[1]。下面以蝶閥在工地的安裝情況為主進(jìn)行介紹，其裝配順序?yàn)椋洪y體的安放→活門密封裝配→活門與閥體套裝→閥軸裝配→軸承裝配→活動(dòng)環(huán)裝配及動(dòng)作試驗(yàn)→蝶閥整體氣密性試驗(yàn)（工地）→翻身起吊。

將閥體上游側(cè)朝上平放于安裝間支墩之上，為確?；铋T裝配后處于正確位置，調(diào)整閥體與活門支墩高度差為150 mm。將檢修密封和工作密封裝配于活門之上后，吊裝活門與閥體進(jìn)行套裝（見(jiàn)圖2）。

圖2 活門與閥體套裝

在活門上安裝2 件工具螺桿，使用閥軸專用工裝吊裝閥軸并配合中空液壓千斤頂將左右2 件閥軸裝配于活門上，最終測(cè)量閥軸臺(tái)階至閥體端面距離符合理論值150 mm。隨后安裝閥軸上的8 件M110 產(chǎn)品螺栓并用液壓拉伸器預(yù)緊。

閥軸及閥軸螺栓裝配是蝶閥裝配中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。閥軸單件重約14 t，處于水平安裝位置，在活門上有8 件銷套與閥軸上的銷孔進(jìn)行配合，且閥軸在插入活門過(guò)程中觀察空間極其微小，這需要安裝人員具備較高的操作能力和指揮協(xié)調(diào)能力。閥軸上的M110×6×2 180 螺栓單件重約133 kg，為大直徑細(xì)牙螺紋。在其裝配過(guò)程中需格外謹(jǐn)慎，一旦發(fā)生螺紋研傷或卡死的情況，需將已裝配好的閥軸拆卸以便能處理活門上的內(nèi)螺紋，這勢(shì)必會(huì)對(duì)安裝工期和安裝質(zhì)量造成極大影響。

吊裝軸承插入閥軸內(nèi)，此時(shí)用橋機(jī)輕微起吊活門以調(diào)整其與閥體的同心，并配合工具螺桿和中空液壓千斤頂將軸承推入（見(jiàn)圖3）。

圖3 軸承安裝過(guò)程

在活動(dòng)環(huán)外圓不同的高度及不同的分布圓上裝配3 圈滑動(dòng)密封，使用專用工裝吊裝活動(dòng)環(huán)套入閥體內(nèi)。隨后安裝上游導(dǎo)環(huán)并與活動(dòng)環(huán)形成密封腔。使用電動(dòng)泵向活動(dòng)環(huán)開(kāi)、關(guān)腔通入清潔壓力水在全行程范圍內(nèi)反復(fù)動(dòng)作活動(dòng)環(huán)，記錄活動(dòng)環(huán)的起始動(dòng)作壓力以及全行程值，并觀察動(dòng)作環(huán)的運(yùn)動(dòng)偏差。在整個(gè)試驗(yàn)中活動(dòng)環(huán)應(yīng)動(dòng)作靈活，無(wú)卡阻，無(wú)漏水現(xiàn)象。蝶閥就位機(jī)坑后，模擬正常工作狀態(tài)再次對(duì)活動(dòng)環(huán)進(jìn)行動(dòng)作試驗(yàn)，應(yīng)與在安裝間試驗(yàn)情況一致。

蝶閥在制造廠裝配后依次進(jìn)行了3.15 MPa 閥體強(qiáng)度水壓試驗(yàn)以及2.1 MPa 檢修密封和工作密封水壓試驗(yàn)（見(jiàn)圖4）。在工地安裝間對(duì)蝶閥進(jìn)行整體性氣密試驗(yàn)，在檢修密封和工作密封處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，向閥體內(nèi)部通入0.3～0.5 MPa 壓縮空氣，檢查各密封位置應(yīng)無(wú)漏氣現(xiàn)象。

圖4 制造廠蝶閥整體水壓試驗(yàn)

在蝶閥整體性氣密試驗(yàn)完成后，安裝蝶閥翻身專用工具，在安裝間將蝶閥翻身至豎立并吊入機(jī)坑（見(jiàn)圖5）。蝶閥翻身起吊重約380 t（包括翻身工具）。

圖5 蝶閥翻身過(guò)程

4.2 蝶閥機(jī)坑內(nèi)安裝

蝶閥在機(jī)坑的安裝主要包括蝶閥基礎(chǔ)的布置，蝶閥與伸縮節(jié)和上游連接管的裝配，湊合段與上游連接管及壓力鋼管的焊接，接力器安裝以及重錘安裝。

在蝶閥吊入機(jī)坑前，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在蝶閥一期混凝土上布置基礎(chǔ)板、楔子板和地腳螺栓，并澆筑二期混凝土待其固化。將下游側(cè)伸縮節(jié)安裝在蝸殼延伸段法蘭上，伸縮節(jié)的設(shè)計(jì)伸縮距離為30 mm，考慮到湊合段與上游連接管環(huán)縫焊接的影響，在焊縫焊接前將伸縮距離預(yù)留為25 mm。

吊裝蝶閥入機(jī)坑就位于二期基礎(chǔ)之上，調(diào)整蝶閥垂直度并用80-M90×6 螺柱與伸縮節(jié)法蘭聯(lián)接。拆除蝶閥翻身工具后，吊裝上游連接管并用80-M110×6 螺柱與蝶閥本體聯(lián)接，使用液壓拉伸器對(duì)上、下游側(cè)螺柱進(jìn)行預(yù)緊。

根據(jù)壓力鋼管與裝配后的上游連接管的實(shí)際距離配割湊合段，將其吊入機(jī)坑后臨時(shí)固定并調(diào)整環(huán)縫間的錯(cuò)牙情況。湊合段環(huán)縫為清根焊縫，采用焊前預(yù)熱至80℃，焊后加熱至300℃并保溫4 h 后緩冷的焊接工藝。

在接力器一期混凝土上布置基礎(chǔ)板、楔子板和地腳螺栓，將接力器吊入機(jī)坑就位并采用臨時(shí)措施固定。吊裝重錘入機(jī)坑與蝶閥閥軸進(jìn)行裝配，完成后投入液壓鎖定防止重錘轉(zhuǎn)動(dòng)，在重錘和接力器位于全關(guān)狀態(tài)時(shí)進(jìn)行兩者間的聯(lián)接（見(jiàn)圖6）。至此，蝶閥主體部分的安裝全部完成（見(jiàn)圖7），后續(xù)將進(jìn)行蝶閥上各種管路的配置。

圖6 重錘與接力器聯(lián)接

圖7 蝶閥主體安裝完成

5 結(jié)語(yǔ)

朱利諾電站大型蝶閥是東方電機(jī)目前自主設(shè)計(jì)和制造的最大尺寸水輪機(jī)進(jìn)口蝶閥。該蝶閥采用了新結(jié)構(gòu)、新材料。其中活動(dòng)環(huán)密封采用Φ6 470～Φ6 650 mm 大直徑成型滑動(dòng)密封，研制了閥軸安裝工具、活動(dòng)環(huán)起吊工具、蝶閥整體翻身工具等專用工裝。朱利諾蝶閥從設(shè)計(jì)、制造到廠內(nèi)預(yù)裝試驗(yàn)，承載了東方電機(jī)技術(shù)人員的創(chuàng)造能力和工匠精神，體現(xiàn)了作為大國(guó)重器的水電制造企業(yè)的綜合實(shí)力。朱利諾蝶閥在電站的順利安裝，是東方電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)和項(xiàng)目管理綜合能力的集中體現(xiàn)以及水電八局朱利諾機(jī)電安裝項(xiàng)目部團(tuán)結(jié)合作的結(jié)果。通過(guò)朱利諾項(xiàng)目的實(shí)施，進(jìn)一步改進(jìn)了大型蝶閥的產(chǎn)品品質(zhì)，提升了東方電機(jī)在一帶一路中的國(guó)際影響力。