水轮机进水球阀的结构设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京市阀门总厂(集团)有限公司 作者:张清双

  介绍了水轮机进水球阀的主要组成部分及各部分的作用和结构设计特点,这些新结构的使用,使进水球阀的总体布局更加合理,性能更先进。阐述了水轮机进水球阀的工作原理、控制原理、运输保管和安装要求等事项。

1、概述

  水轮机是水电站的重要机电设备之一。为了保证水轮机安全和可靠的运行,水轮机的入水口处均装设有进水球阀,上游与压力钢管连接,下游与水轮机进水蜗壳连接。一方面在水轮机及发电机组检修时通过该阀切断压力钢管内的水流,保证检修的安全,另一方面在水轮机及发电机出现异常时可有效切断水流,防止事故的发生。由于水轮机运行的特殊要求,通用球阀在水电站的运行中不能满足工况系统的使用要求,导致机组无法运行的现象也时有发生。为了确保水轮机组能平稳、可靠和安全的运行,在消化吸收国外先进技术的基础上,采用全新的设计理念,研制开发出新型水轮机进水球阀。

2、主要构成部分及作用

  水轮机进水球阀主要由主阀部分、驱动部分、旁通管路、上游凑合节、下游伸缩节、锁定部分、支撑部分及配套部分等组成(图1) 。

  (1)主阀部分(标配)

  包括阀体、球体、阀杆及阀座(活塞止水环)等,该部分是整个阀门的核心,其作用是接通或切断水流。

  (2)驱动部分(标配)

  对于电动操作的水轮机进水球阀,其驱动部分为电动装置。对于液动操作水轮机进水球阀,其驱动部分为液压接力器与拐臂(对于摇摆缸)等,该部分的作用是驱动主阀进行启闭动作。

  (3)旁通管路(推荐采用)

  包括旁通阀、检修阀(仅用于旁通阀)、钢管和弯头等,该部分的作用是在阀门启闭前平衡上下游压差,避免在全压差下启闭阀门出现水锤现象以及有效地降低阀门的操作转矩。

  (4)上游凑合节(对液动止水环式水轮机进水球阀为标配,对其余两类为选配)

  用于阀门与上游端压力钢管进行连接,连接方式通常为焊接,并且会预留50~100mm的焊接配割余量。

  (5)下游伸缩节(对液动止水环式水轮机进水球阀为标配,对其余两类为选配)

  包括插管与活动法兰两部分,用于阀门与下游水轮机进水蜗壳连接,连接方式为法兰连接。通过伸缩节的方式,一方面可方便对阀门进行检修维护,另一方面可适应由于温度、压力的变化造成的管道轴向膨胀或收缩。

  (6)锁定部分(选配)

  主要包括上游检修密封锁定及接力器锁定。主要用于防止由于误操作带来的阀门误动作,保证系统的安全性及可靠性。

  (7)支撑部分

  包括主阀与接力器底座。底座通过地脚螺栓安装于混凝土支墩上,用于支撑阀门的重量及为摇摆式接力器提供固定转轴。

  (8)配套部分

  该部分用于控制阀门的驱动部分,为驱动装置提供动力源,并使阀门按照预先设定的程序进行动作。

3、结构特点

3.1、不锈钢活塞式止水环

  液动止水环式水轮机进水球阀采用不锈钢活塞式止水环密封止水,通过油压或水压控制止水环的投入与退出(图2) 。每台阀门设两个止水环,上游侧为检修密封,下游侧为工作密封。检修密封设手动锁紧装置,正常工作时检修密封处于常开状态,只在机组检修时投入,为保证下游检修的安全性,应手动将锁定投入。工作密封在阀门关闭时投入,在球体动作前退出。为保证阀门能在紧急情况下迅速关闭,在阀门达到全开后,工作密封仍然处于退出状态。

水轮机进水球阀

1.主阀部分 2.锁定部分 3.上游凑合节 4.旁通管路 5.下游伸缩节 6.驱动部分 7.支撑部分

图1 水轮机进水球阀

止水环工作密封结构

图2 止水环工作密封结构

  通过变换进油(或水)的方向控制止水环的动作方向,以满足操作的需要。止水环与阀体及端盖之间的密封采用双重O形圈,并且可通过设置PTFE挡圈的方式减小O形圈的磨损。止水环的材料通常为1Cr13。

3.2、可更换的活门密封环

  因止水环式水轮机进水球阀通常用于水质较差、水头较高的电站,所以恶劣的工况对阀门的损耗是非常严重的,特别是对密封面的磨损非常厉害。为了提高阀门的可维护性,液动止水环式水轮机进水球阀将阀门的密封环设计为可拆卸可更换结构,在阀门长期使用活门密封环发生严重磨损后,可仅对密封环进行更换而不需要更换活门或另购阀门,提高阀门主体的使用寿命,降低资金投入。

  活门主要由活门体、密封环、O形圈、螺钉及位销等(图3)组成。密封环通过一组螺钉固定在活门体相应部位。密封环与活门体之间的密封靠O形圈来保证。定位销的作用在于密封环与活门体的准确定位,以免密封环更换以后与活门体发生装配错位。密封环的材料通常为2Cr13。

可更换的活门密封环

1.活门体 2.O形圈 3.密封环 4.螺钉

图3 可更换的活门密封环

3.3、轻便的活门结构

  液动止水环式水轮机进水球阀经过多年的实践,摒弃了之前常用的完整球形活门结构,而采用了类球状结构,大大减轻了活门的自重(图4) 。一方面可以节省投资,另一方面亦可缓解活门自重对阀壳带来的受力影响。

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4、结语

  (1) 采取逆向奥氏体完全再结晶的方法, 可以细化大口径热挤压管粗大晶粒, 其最佳规范是850℃ ×1h。

  (2) 逆向奥氏体再结晶是在原奥氏体晶界形核生成新的晶粒、形核由晶界移向晶内完全再晶、原奥氏体晶界完全消失和新生晶粒聚合长大4个过程。

  (3) 采取再结晶后的材料延性大大提高, 且断口由沿晶断裂变为韧性断裂。

  (4) 加热与冷却速度对再结晶效果影响不大,因此本方法在工业性生产中是行之有效的。

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