介紹了小天都水電站使用的1.6m球閥的性能、結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中采用了一些新結(jié)構(gòu)，使球形閥布局更合理，性能更先進(jìn)，提高了它的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。該閥門運(yùn)行情況良好。

　　小天都水電站位于四川省，是低閘高水頭引水式電站。GE公司提供2臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，包括2臺(tái)直徑1.5m球形閥;東方電機(jī)有限公司提供1臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組及1臺(tái)直徑1.6m球形閥。球形閥是水輪機(jī)組的事故保護(hù)和檢修隔離閥門。

1、球形閥的工作原理和性能參數(shù)

　　球形閥是水輪機(jī)進(jìn)水閥，安裝在引水管下游端的電站廠房內(nèi)。該電站球形閥水平中心線高程為1756.5m，球形閥垂直中心線位于機(jī)組中心線的上游側(cè)7.4m，見圖1。

圖1 球形閥布置圖(單位：mm)

1.1、性能參數(shù)

　　球形閥型號(hào)為QF400.9-WY-160，其性能參數(shù)見表1。

表1 球形閥性能參數(shù)

1.2、工作原理

　　當(dāng)球形閥要開啟時(shí)，首先解除檢修密封處的3套周圈均布的沿水流方向的鎖定裝置，然后在檢修密封的開啟腔通入壓力油，使檢修密封處于開啟狀態(tài)，上游檢修密封的行程開關(guān)信號(hào)顯示開啟。在此狀況下，在下游工作密封的開啟腔通入壓力油，使工作密封處于開啟狀態(tài)，且下游工作密封的行程開關(guān)信號(hào)也顯示開啟，這樣水流就通過上游檢修密封處的周圈間隙與下游工作密封的周圈間隙向蝸殼內(nèi)充水。當(dāng)活門前后水壓趨于平衡(前后壓差≤30%)，控制球形閥的壓力傳感器和壓力開關(guān)顯示達(dá)到設(shè)定值時(shí)，接力器轉(zhuǎn)動(dòng)活門由全關(guān)旋轉(zhuǎn)到全開，球形閥開啟過程結(jié)束。

　　當(dāng)球形閥要關(guān)閉時(shí)，首先由接力器將活門由全開旋轉(zhuǎn)到全關(guān)，然后向下游工作密封的關(guān)閉腔通入壓力油，使工作密封處于關(guān)閉狀態(tài)，且下游工作密封的行程開關(guān)信號(hào)顯示關(guān)閉，水流被全部截?cái)�，球形閥關(guān)閉過程結(jié)束。一般情況下，上游檢修密封始終處于開啟位置，只有當(dāng)機(jī)組檢修或球形閥更換工作密封時(shí)才關(guān)閉球形閥檢修密封，并投入檢修密封的機(jī)械鎖定。長時(shí)間停機(jī)或機(jī)組發(fā)生事故而導(dǎo)水機(jī)構(gòu)不能關(guān)閉時(shí)，應(yīng)關(guān)閉球形閥工作密封。球形閥工作密封是要經(jīng)常操作、動(dòng)作的，而檢修密封是很少動(dòng)作的。另外，在引水鋼管充滿水的情況下，球形閥活門只能處于全關(guān)或全開位置，不允許停留在其他中間位置調(diào)節(jié)流量。

　　球形閥能在閥室或中控室以一個(gè)電脈沖按規(guī)定程序自動(dòng)地操作，也可以手動(dòng)操作，或通過開、停機(jī)繼電器進(jìn)行操作。

　　球形閥的開啟、關(guān)閉一般是通過油壓操作接力器來實(shí)現(xiàn)的，但在失去廠用電源、油壓設(shè)備的主(備)油泵都不能供油的情況下，仍能安全地依靠動(dòng)水關(guān)閉球形閥。

2、球形閥結(jié)構(gòu)和改進(jìn)

　　球形閥本體由半分的前閥體、后閥體、閥瓣、自潤滑軸承及檢修密封、工作密封、直徑650mm搖擺式接力器等零、部件組成。附屬設(shè)備有上游連接管、下游伸縮節(jié)、作排氣和補(bǔ)氣用的直徑100mm空氣閥以及用于球形閥控制的水系統(tǒng)、油系統(tǒng)及自動(dòng)化元件以及球形閥的油壓控制設(shè)備系統(tǒng)等，見圖2。

圖2 球形閥結(jié)構(gòu)(單位：mm)

　　2.1、球形閥主密封

　　球形閥的檢修密封及工作密封采用相同的不銹鋼活塞式密封環(huán)，使其閥體的進(jìn)口、出口加工尺寸完全相同，為制造加工帶來了極大的方便。閥體采用偏離軸孔斜半分整鑄結(jié)構(gòu)，使閥體半分面周圈密封加工方便，密封效果好，閥體半分面螺栓分布均勻，受力均勻，避免了沿閥體軸孔中心線垂直半分所造成的軸孔兩側(cè)螺栓跨距大，貼合力不足，合縫面錯(cuò)牙漏水現(xiàn)象。閥體偏離軸孔斜半分結(jié)構(gòu)是球形閥新結(jié)構(gòu)。上、下密封環(huán)采用改進(jìn)后的國內(nèi)較先進(jìn)的密封環(huán)結(jié)構(gòu)，消除了原來的止漏環(huán)受力不好而產(chǎn)生歪斜卡住的現(xiàn)象。前、后閥體密封環(huán)滑動(dòng)處均堆焊有不銹鋼層，以防止運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生銹蝕發(fā)卡和磨損橡膠密封圈。閥體的二軸孔是通過軸瓦承受旋轉(zhuǎn)部分重力以及作用在閥瓣上的水壓力。

　　2.2、球形閥結(jié)構(gòu)

　　GE公司生產(chǎn)的直徑1.5m球形閥上設(shè)置了旁通閥，多了1套系統(tǒng)，對(duì)球形閥運(yùn)行有一定影響。由于球形閥上、下游密封均采用密封環(huán)結(jié)構(gòu)，因此，取消旁通閥后原來球形閥采用密封蓋所用的向球形閥軸心充水和排水液壓閥及為檢修液壓閥而設(shè)置的閘閥和管路自然取消。同時(shí)，利用球形閥下游密封環(huán)開啟間隙向蝸殼充水的流量，超過直徑150mm液壓閥充水的流量，所以向蝸殼充水的液壓閥及為檢修液壓閥而設(shè)置的閘閥和管路也同時(shí)取消，這樣，使球形閥的結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)簡化。

　　2.3、閥瓣及封水環(huán)

　　閥瓣采用閥軸與整鑄閥瓣焊接為一體的結(jié)構(gòu)，這也是一種新結(jié)構(gòu)，曾在漁子溪水電站1.6m球形閥和華光潭水電站1.75m球形閥上使用過。閥瓣上、下游處加工有貼合封水環(huán)的螺孔和止口，以便于封水環(huán)套上后固緊、定位，更換封水環(huán)也不用拆卸球形閥閥體封水環(huán)緊密接觸，達(dá)到止漏目的。封水環(huán)損壞后，在不解體球形閥的情況下更換封水環(huán)。同時(shí)在制造中，封水環(huán)、密封環(huán)可單獨(dú)加工，為加工帶來方便。閥瓣兩軸頸與軸瓦及密封接觸面為加熱后套接并焊固的不銹鋼套，以防閥瓣軸銹蝕，磨損軸瓦。

　　2.4、密封環(huán)位置顯示裝置

　　密封環(huán)為鑄造不銹鋼，在球形閥上、下游導(dǎo)環(huán)與閥體之間往復(fù)滑動(dòng)，且?guī)в袑�業(yè)密封件廠家制造的組合密封圈。這種組合密封圈密封性能好，使用壽命長。密封環(huán)行程為8mm。在球形閥上、下游密封環(huán)上分別設(shè)置了位置行程開關(guān)，其信號(hào)接至中控室，以顯示密封環(huán)處在全關(guān)或全開位置，便于準(zhǔn)確地操作接力器開、關(guān)球形閥活門。

　　2.5、密封部件

　　球形閥的密封環(huán)上的封油、封水密封圈及軸端封水密封圈采用進(jìn)口專業(yè)密封件廠家的產(chǎn)品，以保證密封的可靠性。

　　由于采用密封環(huán)代替止漏蓋，密封環(huán)比止漏蓋輕得多，大大節(jié)約了原材料及碟簧等零件。

　　2.6、接力器

　　接力器直徑為650mm，行程為1190mm。接力器的活塞桿通過臂柄與閥瓣軸相連接。接力器的下端蓋與支座之間用銷軸鉸鏈連接，能自由擺動(dòng)。油壓設(shè)備的額定油壓為3.6～4MPa。

　　球形閥采用油壓操作接力器開啟、關(guān)閉。上游檢修密封的圓周上設(shè)有三個(gè)手動(dòng)機(jī)械鎖定裝置，在檢修機(jī)組時(shí)，除關(guān)閉球形閥檢修密封外，用手動(dòng)機(jī)械鎖定裝置鎖住，并需關(guān)閉操作接力器開啟腔管路上的截止閥，以保證機(jī)組在檢修時(shí)的絕對(duì)安全。

　　接力器簡化措施有：

　　(1)取消金屬鉸鏈配油結(jié)構(gòu)，采用金屬軟管結(jié)構(gòu)，使接力器結(jié)構(gòu)大為簡化、可靠，并使加工工作量大為減少。

　　(2)接力器活塞桿密封采用專業(yè)密封件廠生產(chǎn)的密封件，代替多層V型橡膠密封或石棉盤根密封，使密封性能提高。

　　(3)接力器活塞桿桿體部分鍍硬鉻，使活塞桿不至于生銹磨壞密封圈。

　　(4)接力器活塞密封采用2道孔用方形圈密封，替代原來的活塞環(huán)密封，這種組合密封的密封壓力高，密封壓力為0～40MPa，經(jīng)久耐用。

　　2.7、軸承及其密封裝置

　　軸承及其密封裝置由燒結(jié)自潤滑瓦、鋼套、軸用回轉(zhuǎn)方形密封圈、壓墊蓋等零部件組成。兩端軸之間用回轉(zhuǎn)方形密封圈，用以密封通過軸瓦而來的壓力水。

　　球形閥閥瓣軸瓦采用最新研制的燒結(jié)自潤滑軸瓦，以代替鋼背復(fù)合材料軸瓦和鑄錫青銅軸瓦，降低軸瓦造價(jià)，同時(shí)不需黃甘油潤滑，可取消銅瓦的注油杯，使結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，同時(shí)其摩擦系數(shù)小，提高了操作力矩的安全裕度。

　　2.8、球形閥上、下游密封環(huán)

　　由于電站水質(zhì)差，密封環(huán)若用水操作需濾水器，且目前濾水器質(zhì)量均不好，所以改用油操作，從而可節(jié)省雙向?yàn)V水器，使操作更可靠、安全。為了不使密封環(huán)腔內(nèi)含有水分的油回到油壓設(shè)備中去，污染油源，銹蝕自動(dòng)化元件，因此將密封環(huán)內(nèi)的排油另接至用戶自備的廢油箱內(nèi)。

　　2.9、空氣閥

　　空氣閥名義直徑為100mm，裝在球形閥伸縮管的頂部。當(dāng)蝸殼放水時(shí)，它就自動(dòng)打開。當(dāng)蝸殼充水時(shí)，其內(nèi)部的空氣通過空氣閥排入大氣中。當(dāng)球形閥動(dòng)水關(guān)閉時(shí)，空氣閥向蝸殼及伸縮管補(bǔ)入空氣，以免產(chǎn)生真空而喪失穩(wěn)定性。

3、結(jié)語

　　小天都水電站球形閥于2006年8月投入商業(yè)運(yùn)行以來，球形閥正常開、關(guān)時(shí)間為120s，整定油壓為3.6MPa，直徑100mm空氣閥補(bǔ)、排氣正常，直徑650mm接力器操作容量足夠，能自如地轉(zhuǎn)動(dòng)球形閥，包括動(dòng)水關(guān)閉球形閥。球形閥檢修密封、工作密封動(dòng)作靈活，不竄油(水)，比同電站的旁通閥的球形閥振動(dòng)小，操作簡單，深受用戶好評(píng)。