陳洪偉　楊燕

【摘要】本文主要介紹了直徑3m大口徑放空閥在水電工程的運(yùn)行工況、結(jié)構(gòu)形式、控制方式、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等，為水電工程的放空和保持生態(tài)流量提供參考。

【關(guān)鍵詞】大口徑；放空閥；水電工程

1、概述

放空閥是為滿足水電工程擋水建筑物和泄水建筑物檢修需要，需要放空水庫時(shí)，針對(duì)放空洞放水專用的錐形消能放空閥，具有完整的調(diào)流和消能功能。

放空洞采用上游洞段設(shè)檢修閘門和出口設(shè)放空閥的組合方案，放空閥安裝于放空洞尾部，其前端通過伸縮節(jié)與放空洞壓力鋼管連接，其后端直接排向天然河道，并設(shè)有導(dǎo)流罩和補(bǔ)氣管。

放空閥主要運(yùn)行工況：

（1）當(dāng)大壩需要進(jìn)行泄放排空時(shí)，可將閥門調(diào)至全開位置，進(jìn)行消能放水；當(dāng)要求放空閥關(guān)閉時(shí)，放空閥可可靠嚴(yán)密關(guān)閉；當(dāng)作為生態(tài)放水閥使用時(shí)，可將閥門調(diào)至部分開度位置，向下游泄放規(guī)定的生態(tài)流量。（2）放空閥無需平壓即可穩(wěn)定地開啟和關(guān)閉，無有害的振動(dòng)。（3）放空閥及其附件的工作壓力（包括最大水錘壓力在內(nèi)的最大承壓水頭）不小于 1.60 MPa。（4）放空閥的額定過流量為152m3/s。放空閥可以在工作范圍的任意水頭作用下進(jìn)行全開和全閉的操作。（5）放空閥應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，上下游法蘭應(yīng)能傳遞出現(xiàn)的最大軸向力，閥殼配有堅(jiān)固的底座能把全部垂直荷載包括延伸部件和水的重量、傳動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的推拉力等安全地傳遞到混凝土基礎(chǔ)上。（6）放空閥底座應(yīng)容許鋼管的少量伸縮帶來的位移，底座底面與底板接觸面要加工光滑。（7）放空閥通過現(xiàn)地控制柜應(yīng)能手動(dòng)和自動(dòng)操作，并可遠(yuǎn)方監(jiān)控。遠(yuǎn)方控制由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過通訊信號(hào)（通訊接口為RS485）到本地控制柜中的PLC的控制加以實(shí)現(xiàn)。（8）放空閥必須采用自鎖性好的傳動(dòng)裝置，使啟閉件能停在所要求的準(zhǔn)確位置，以保證閥門的調(diào)流精度。（9）放空閥應(yīng)設(shè)置開度指示裝置，并帶4mA-20mA閥位模擬信號(hào)。該信號(hào)參數(shù)采用PLC進(jìn)行處理，并上傳至中控室。（10）放空閥應(yīng)設(shè)置合理的導(dǎo)流裝置，保證閥門運(yùn)行時(shí)出流穩(wěn)定和減小噴射擴(kuò)散區(qū)域，以保護(hù)下游河道的設(shè)施和環(huán)境。（11）放空閥應(yīng)能在不拆開閥殼的情況下更換放空閥的活門軸頸密封及周圈密封。（12）放空閥由導(dǎo)流錐和可移動(dòng)的套筒組成，流量控制通過套筒匝的前后移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。放空閥工作時(shí)，水流以寬廣的放射狀對(duì)空噴射擴(kuò)散，通過水流和空氣大面積的摩擦產(chǎn)生霧化，實(shí)現(xiàn)大氣消能。出口加裝導(dǎo)流罩，以達(dá)到控制水流排放區(qū)域的效果。當(dāng)閥后出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，補(bǔ)氣裝置在低壓區(qū)會(huì)自動(dòng)補(bǔ)氣，從而避免因大的渦流引發(fā)的汽蝕、振動(dòng)。（13）套筒和錐體之間設(shè)有兩層密封：主密封采用橡膠軟密封和金屬硬密封復(fù)合密封方式。主密封為金屬密封，次密封為橡膠密封，實(shí)現(xiàn)“零”泄漏。橡膠密封圈用調(diào)節(jié)壓板和不銹鋼螺釘固定在閥座上，閥門所需密封比壓可通過螺釘調(diào)節(jié)，調(diào)整、檢修、更換方便。金屬硬密封采用不銹鋼L形金屬密封圈，啟閉件投入后，在水壓作用下L形密封圈自動(dòng)膨脹，產(chǎn)生所需的密封比壓，具有自密封性確保金屬硬密封的可靠性。橡膠軟密封和金屬硬密封組合使用后，密封效果更好，可確保調(diào)流閥在全關(guān)時(shí)泄漏量為零。

2、放空閥的結(jié)構(gòu)形式及性能參數(shù)

2.1 放空閥的結(jié)構(gòu)形式

放空閥結(jié)構(gòu)形式采用液壓驅(qū)動(dòng)錐形閥，設(shè)備全套包括：閥門本體、液壓驅(qū)動(dòng)裝置及液控站（P=16MPa）、電氣控制系統(tǒng)、導(dǎo)流罩及安裝板、雙法蘭傳力伸縮節(jié)、安裝基礎(chǔ)預(yù)埋件、法蘭及連接件、法蘭密封件等。

錐形閥主體采用兩段式，分為錐閥進(jìn)水接管及錐閥主體。錐閥進(jìn)水接管及錐閥主體之間采用高強(qiáng)度螺栓法蘭連接。進(jìn)水接管設(shè)法蘭式支撐底座，通過環(huán)形基礎(chǔ)板安裝在錐閥主體鎮(zhèn)墩上，用于軸向水推力的輔助支撐。進(jìn)水接管的另一端設(shè)法蘭與閥前可拆式傳力伸縮節(jié)連接。進(jìn)水接管的下部設(shè)有支腳，支腳能承受閥門主體總重量及閥腔內(nèi)介質(zhì)的重量。

在錐體管與錐體的外部為圓筒形的套筒閘，套筒閘可以在錐體管上沿水流方向滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉。套筒閘與錐體管設(shè)專用U形密封，水壓自密封，能在不拆開閥殼的情況下極為方便的更換套筒閘密封。錐閥的密封為橡膠軟密封和金屬硬密封復(fù)合密封方式，主密封為橡膠密封，次密封為金屬密封。

錐閥出口端設(shè)置有導(dǎo)流裝置（導(dǎo)流罩），保證閥門運(yùn)行時(shí)出流穩(wěn)定，減小噴射水的流擴(kuò)散區(qū)域，并進(jìn)一步消除水流富余能量，以保護(hù)下游河道的設(shè)施和環(huán)境安全，導(dǎo)流裝置固定在錐閥主體鎮(zhèn)墩上。

錐閥采用雙液壓油缸驅(qū)動(dòng)操作，油缸驅(qū)動(dòng)裝置布置在閥門的垂直方向，上下各一個(gè)。

錐閥設(shè)置有線性位移傳感器，作為閥門的開度指示。該信號(hào)參數(shù)采用PLC進(jìn)行處理，并可上傳至中控室。在錐閥的全開全關(guān)設(shè)置有接近行程開關(guān)，作為閥門的開關(guān)位置指示。

2.2 放空閥的性能參數(shù)

3、放空閥的液控系統(tǒng)

閥門液控系統(tǒng)由液壓泵站、油缸、電氣控制部分及連接管路等組成。系統(tǒng)有足夠的容量保證錐形閥正常運(yùn)行。

3.1 液壓泵站

液壓泵站包括油泵、蓄能器、不銹鋼回油箱以及全部操作和自動(dòng)控制所必須的不銹鋼閥門、不銹鋼管路、回油箱油位變送器（輸出DC4mA～20mA）、操作油壓力變送器、繼電器、指示表計(jì)、控制裝置和電纜等。

兩臺(tái)相同的帶電機(jī)的油泵，一臺(tái)工作、一臺(tái)備用。控制方式為工作和備用泵可以手動(dòng)和自動(dòng)交替切換。二臺(tái)油泵能單獨(dú)運(yùn)行又能聯(lián)合運(yùn)行。在聯(lián)合運(yùn)行方式，每臺(tái)油泵能自動(dòng)交替地作為工作泵，同時(shí)能夠手動(dòng)選定工作泵。當(dāng)操作油壓低于工作泵工作壓力時(shí)，備用油泵自動(dòng)啟動(dòng)。

每臺(tái)油泵配有組合閥組（包括減載閥、安全閥、截止閥及止回閥等）。當(dāng)油壓超過正常工作油壓上限的2%時(shí)，安全閥開始排油；當(dāng)油壓超過正常工作油壓上限16%時(shí)，安全閥排出油泵的全部供油量，壓力罐的壓力不再上升，當(dāng)油壓降至正常工作油壓時(shí)，安全閥關(guān)閉。

3.2 蓄能器

蓄能器采用皮囊式蓄能器。額定工作油壓為16MPa。

皮囊式蓄能罐的總?cè)萘堪聪率鲆蟠_定：在供油泵不啟動(dòng)的條件下放空閥接力器在正常下限工作油壓下全過程（一個(gè)接力器全行程定義為：接力器活塞從0-100%的行程）動(dòng)作后，油壓仍高于允許的最小操作油壓（即事故油壓）。在運(yùn)行的所有工況下油壓降到事故油壓時(shí)應(yīng)保證放空閥能完成一次可靠的關(guān)閉操作。

3.3 回油箱

回油箱為不銹鋼鋼板焊接結(jié)構(gòu)。其容積能容納系統(tǒng)全部油量包括操作油缸、蓄能器容積、油壓管路及閥門總?cè)莘e的1.2倍。

4、放空閥的電氣控制系統(tǒng)

放空閥電氣控制系統(tǒng)采用可編程控制器控制系統(tǒng)。具有與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信的接口，接口滿足電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的要求并保證對(duì)放空閥進(jìn)行有效的監(jiān)控。

控制系統(tǒng)可通過一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)來選擇自動(dòng)控制或手動(dòng)控制方式。

電氣控制系統(tǒng)的控制要求：

（1）控制包括放空閥和液控站?？刂葡到y(tǒng)以自動(dòng)方式運(yùn)行時(shí)，根據(jù)中央控制室的指令自動(dòng)按操作程序控制放空閥開啟和關(guān)閉?？刂葡到y(tǒng)以手動(dòng)方式運(yùn)行時(shí)，通過安裝在現(xiàn)地控制柜上的操作按鈕控制放空閥開啟和關(guān)閉。（2）放空閥控制系統(tǒng)使放空閥在開啟和關(guān)閉的過程中隨時(shí)可以停止并向相反方向運(yùn)動(dòng)。（3）當(dāng)放空閥操作系統(tǒng)發(fā)生故障或因調(diào)試需要時(shí)，放空閥能通過手動(dòng)操作開啟或關(guān)閉。（4）在中控室能顯示放空閥的開、關(guān)位置狀態(tài)。（5）現(xiàn)地和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能顯示：全開信號(hào)、全關(guān)信號(hào)、就地、遠(yuǎn)方狀態(tài)、閥門故障、液壓故障、主電源狀態(tài)、閥位開度、油壓等。

5、放空閥的檢驗(yàn)

5.1 廠內(nèi)檢驗(yàn)和試驗(yàn)

放空閥組裝完成后，應(yīng)對(duì)各主要尺寸和裝配尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)。

放空閥及其附屬設(shè)備承受水壓的部分，均需在廠內(nèi)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。當(dāng)工作壓力小于或等于2.5MPa時(shí)，試驗(yàn)壓力為工作壓力的1.5倍；當(dāng)工作壓力大于2.5MPa時(shí)，其超過的部分取1.25倍。承受水壓部分的試驗(yàn)壓力為2.4MPa；

放空閥主體在總裝后進(jìn)行漏水試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1.20MPa，持續(xù)時(shí)間30min。漏水試驗(yàn)時(shí)，套筒閘密封和閥門殼體不允許漏水。

5.2 放空閥的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

放空閥現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)包括：無水動(dòng)作試驗(yàn)、止水密封性能試驗(yàn)、充水動(dòng)作試驗(yàn)、動(dòng)水關(guān)閥試驗(yàn)。

放空閥放水狀態(tài)

6、結(jié)語

直徑3m大口徑、高水頭放空閥在水電工程的應(yīng)用，也為水電工程的放空和保持生態(tài)流量提供了參考。

作者簡介：陳洪偉（1971-）， 男，漢族，籍貫：吉林省德惠市，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程建設(shè)和運(yùn)行管理。