王康生，姜澤界，韓 波

(1.江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603；2.華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司，浙江安吉313302；3.湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北羅田438600)

?

洪屏抽水蓄能電站進(jìn)水閥系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

王康生1，姜澤界2，韓 波3

(1.江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603；2.華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司，浙江安吉313302；3.湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北羅田438600)

從取消旁通閥、球閥主密封、密封導(dǎo)向面堆焊不銹鋼、銅基自潤滑軸套、閥體為可浮動(dòng)式等方面介紹了洪屏抽水蓄能電站進(jìn)水閥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并描述了廠內(nèi)進(jìn)水閥出廠驗(yàn)收的試驗(yàn)過程。通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)提出點(diǎn)焊固定密封環(huán)螺釘、在球閥頂部增設(shè)排氣閥消能器及排水設(shè)備、對重要模擬量傳感器增加斷線保護(hù)等建議。

進(jìn)水閥；設(shè)計(jì)特點(diǎn)；洪屏抽水蓄能電站

1 工程概況

江西洪屏抽水蓄能電站(以下簡稱“洪屏電站”)裝機(jī)容量1 200 MW，裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量300 MW的立軸單級可逆混流式水泵水輪機(jī)組。電站建成后，年平均發(fā)電量17.43億kW·h，平均年抽水耗電量22.93億kW·h，以500 kV一級電壓、2回出線接入華中電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相作用和事故備用等任務(wù)。

洪屏電站機(jī)組進(jìn)水閥類型為球閥，其結(jié)構(gòu)為橫軸雙面密封型式，油壓操作。球閥公稱直徑2 100 mm，接力器操作油壓4.6～6.3 MPa，球閥開啟、關(guān)閉時(shí)間為40～100 s可調(diào)，閥體水壓試驗(yàn)壓力為12.5 MPa。

2 球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 取消旁通閥

按照GB/T 14478—2012規(guī)范規(guī)定，旁通閥的公稱直徑一般為進(jìn)水閥門公稱直徑的10%，即210 mm，對于887 m設(shè)計(jì)水頭的球閥來說，在球閥上下游鋼管開設(shè)過多的孔是不利的，同時(shí)也有研究表明，采用旁通閥平壓方式，水對伸縮節(jié)會(huì)產(chǎn)生集中沖擊力，使機(jī)組發(fā)生較大振動(dòng)，而利用球閥活動(dòng)密封環(huán)開啟間隙向蝸殼充水的平壓方式，水對伸縮節(jié)沖擊力小從而機(jī)組振動(dòng)較小[3- 4]，故廠家采用球閥工作活動(dòng)密封與活門上固定密封間隙進(jìn)行開機(jī)前的平壓，通過計(jì)算，該活動(dòng)密封環(huán)的行程為10.12 mm，當(dāng)活動(dòng)密封環(huán)打開后，其相當(dāng)于245 mm直徑的旁通閥，完全可滿足使用要求。洪屏電站設(shè)計(jì)取消了旁通工作液壓閥及檢修液壓閥系統(tǒng)，同時(shí)簡化了球閥操作系統(tǒng)。

2.2 球閥主密封

洪屏電站球閥工作、檢修密封都采用“T”形，其材料為不銹鋼316 L，活動(dòng)密封環(huán)與固定密封環(huán)存在20 HB硬度差，此類型活動(dòng)密封環(huán)因端面尺寸大，而具有較好的剛性，壓力變形小，最大活門擾度變形0.2～0.4 mm，故采用固定密封環(huán)預(yù)變形方式加工來補(bǔ)償活門在受壓工作狀態(tài)擾度變形。球閥密封結(jié)構(gòu)如圖1所示，投退腔由三道密封圈組成。

與常規(guī)設(shè)計(jì)相比，洪屏電站球閥區(qū)別在于，一是其操作介質(zhì)采用水，在正常情況下，檢修密封為退出狀態(tài)，當(dāng)工作密封投入腔進(jìn)壓力水退出腔排水時(shí)，工作活動(dòng)密封環(huán)與固定密封環(huán)緊密接觸，密封環(huán)處于關(guān)閉位置，起到止漏水作用；工作密封退出過程與之相反。二是三道密封圈采用的是聚氨酯“D”型截面密封圈，此類密封圈為進(jìn)口材料，優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)密封圈裝入密封槽后，活動(dòng)密封環(huán)往復(fù)移動(dòng)過程中，密封圈不至于在槽內(nèi)扭曲翻轉(zhuǎn)而損壞，失去密封效果，并與“O”型密封圈相比，其具有更好的密封性，壽命也比之長。

2.3 密封導(dǎo)向面堆焊不銹鋼

2.4 銅基自潤滑軸套

抱瓦主要是因軸套材質(zhì)選擇不當(dāng)，目前國內(nèi)外軸套形式主要分為4類[6,7]，而洪屏電站球閥軸套采用材質(zhì)為以鋼基和deva.bm制成的滑動(dòng)層組成，其特點(diǎn)為由高性能的鋼背層和含有均勻彌散的固體自潤滑顆粒的銅合層組成，從而保證了其高性能和低摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)μ=0.1～0.18，其使用的溫度范圍為-190～280°C，并能在高靜載、高動(dòng)載下工作。

2.5 軸套防轉(zhuǎn)銷釘同鉸

偏磨是因球閥上下游所承受的壓力不同，一般上游側(cè)壓力往往是下游側(cè)壓力的幾倍，而樞軸與軸套、軸套與樞軸座都是間隙配合的，故球閥樞軸具有向下游靠死的趨勢，故球閥在開機(jī)過程中，下游側(cè)的摩擦力要大一些，當(dāng)磨損過大到一定程度后，會(huì)使軸套與軸座產(chǎn)生相對滑動(dòng)，基于此，球閥在制造過程中，在軸套與軸座上設(shè)計(jì)了4顆防轉(zhuǎn)銷釘，在裝配的過程中進(jìn)行同鉸。

圖1 球閥密封

2.6 閥體為可浮動(dòng)式

壓力鋼管由于水推力作用和熱膨脹效應(yīng)會(huì)在水流方向有一定的位移，根據(jù)洪屏電站球閥基礎(chǔ)載荷設(shè)計(jì)說明書，在泵工況時(shí)，球閥受到向上的2.4 mm的位移量，而在球閥關(guān)閉時(shí)，因產(chǎn)生水錘作用，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)5.6 mm向下的位移量，球閥地腳螺栓應(yīng)設(shè)計(jì)為橢圓孔以補(bǔ)償此位移量，如圖2所示，可達(dá)到18 mm的補(bǔ)償量。

(3)?(1): 對任意x ∈ X,由定義1.1和命題1.1知，x ≤ (x → 1) → 1.由引理2.2得， ?另一方面，由(3)知，

圖2 橢圓基礎(chǔ)板(單位：mm)

3 電氣邏輯與液壓回路設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1 緊急關(guān)閉閥

(1)自動(dòng)緊急關(guān)閉電磁閥。球閥控制系統(tǒng)回路由直流和交流雙回路供電，球閥控制回路在電源正常情況下“得電關(guān)閉”的液壓控制回路，配有得電關(guān)閉電磁閥，又有在冗余電源均消失的情況下“失電關(guān)閉”的液壓控制回路，配有失電關(guān)閉電磁閥，實(shí)現(xiàn)球閥的“得電關(guān)閉”和“失電關(guān)閉”雙回路冗余控制，以保證安全。

(2)手動(dòng)緊急關(guān)閉閥。當(dāng)控制回路切換至現(xiàn)地手動(dòng)操作或其他原因，導(dǎo)致電磁閥無法關(guān)閉時(shí)，在現(xiàn)地通過手動(dòng)操作緊急關(guān)閉閥，以切斷主控制閥開啟回路的油路，從而達(dá)到關(guān)閉球閥的作用。

(3)機(jī)械過速保護(hù)裝置緊急關(guān)閉閥。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速到達(dá)128%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)械過速保護(hù)裝置切換液壓油路，溝通球閥關(guān)閉油路，實(shí)現(xiàn)球閥緊急關(guān)閉。

3.2 密封環(huán)位置開關(guān)傳感器選擇及布置

工作密封和檢修密封各設(shè)計(jì)3個(gè)活動(dòng)密封環(huán)位置開關(guān)顯示裝置，采用位移信號監(jiān)測活動(dòng)密封環(huán)所處位置，通過傳感器靠位移信號器與活動(dòng)密封環(huán)的間隙變化而產(chǎn)生的電信號變化轉(zhuǎn)換為活動(dòng)密封環(huán)的位移變化，從而顯示活動(dòng)密封環(huán)是否處在全開位置信號，從而準(zhǔn)確地操作接力器開關(guān)球閥活門，按照設(shè)計(jì)留有1.5 mm距離。

3.3 油管路集成設(shè)計(jì)

與以往埋入式球閥集油箱不同，洪屏電站所有集油箱均設(shè)計(jì)成地面式，球閥集油箱尺寸為3 000 mm×2 500 mm×1 850 mm，比類似電站的尺寸要大，一是為滿足設(shè)計(jì)要求，二是因?qū)⑶蜷y液壓控制系統(tǒng)中接力器、工作密封開啟關(guān)閉閥及油壓管路集成在集油箱的側(cè)面，優(yōu)點(diǎn)在于能減少管路漏油幾率和布置緊湊，美觀，操作方便。

4 球閥廠內(nèi)驗(yàn)收

4.1 閥體的靜壓試驗(yàn)

通過兩工具悶頭將球閥上游延伸段和下游伸縮節(jié)進(jìn)行封堵，活門及檢修、工作密封活動(dòng)密封環(huán)均為開啟狀態(tài)，按照圖3曲線要求做閥體試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中檢查閥體是否有部件損壞、有害變形、漏水等結(jié)構(gòu)缺陷。經(jīng)廠內(nèi)閥體的靜壓試驗(yàn)，閥體無任何部件損壞、有害變形、滲漏水等結(jié)構(gòu)缺陷。

圖3 靜壓試驗(yàn)曲線

圖4 活動(dòng)密封環(huán)充水試驗(yàn)加壓曲線

4.2 活動(dòng)密封環(huán)滲漏試驗(yàn)

用悶頭封堵上游延伸段，活門、檢修活動(dòng)密封環(huán)關(guān)閉，按照圖4曲線進(jìn)行充水加壓試驗(yàn)；再將工作活動(dòng)密封環(huán)關(guān)閉，同樣按照圖4曲線進(jìn)行工作活動(dòng)密封環(huán)滲漏試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中檢查活門是否有部件損壞、有害變形、漏水等結(jié)構(gòu)缺陷。廠內(nèi)試驗(yàn)后，未發(fā)現(xiàn)有部件損壞、有害變形、漏水等結(jié)構(gòu)缺陷。

4.3 活門及密封環(huán)動(dòng)作試驗(yàn)

將閥體內(nèi)的試驗(yàn)壓力水排空，采用工具樞軸進(jìn)行活門的開關(guān)動(dòng)作，往復(fù)3次，廠內(nèi)試驗(yàn)表明，無發(fā)卡、動(dòng)作靈活。往檢修、工作密封環(huán)內(nèi)的投退腔內(nèi)打壓力水，觀測密封環(huán)位置開關(guān)傳感器是否正常亮起。廠內(nèi)布置的3個(gè)密封環(huán)位置開關(guān)傳感器信號燈先后亮起，主要原因是做試驗(yàn)時(shí)，只用了一個(gè)壓力供排水口進(jìn)行密封腔的投退動(dòng)作，造成在整個(gè)腔內(nèi)的壓力不均勻。

5 總 結(jié)

根據(jù)洪屏電站本體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場裝配跟蹤學(xué)習(xí)，以及其他電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，針對類似的球閥結(jié)構(gòu)提出以下幾點(diǎn)建議：

(1)固定密封環(huán)螺釘采用點(diǎn)焊防松或焊螺釘擋板防松。

(2)為了避免高壓傷人和球閥表面流出的水導(dǎo)致操作人員摔倒引起高空墜落的危險(xiǎn)。建議在球閥頂部排氣閥處加長管路引至適當(dāng)位置，并在管路出口安裝小球閥隔離閥和消能器，將球閥本體充水溢出水流引至地面。

(3)球閥閥體一般采取鑄造的方式，制造廠家目前一般采用重力鑄造和壓力鑄造，易在其內(nèi)部形成氣孔，且出廠時(shí)不會(huì)對鑄件進(jìn)行無損檢測，針對此情況，建議在合同簽訂時(shí)或設(shè)備驗(yàn)收過程中，進(jìn)行一定比例的無損檢測，對所有的焊縫應(yīng)進(jìn)行100%的無損檢測。

(4)保證伸縮節(jié)安裝要求。

[1]周嘉元， 鄭慧娟. 抽水蓄能電站投產(chǎn)初期主進(jìn)水閥消缺技改分析[J]. 水力發(fā)電， 2014， 40(4)： 65- 68．

[2]GB/T 14478—2012 大中型水輪機(jī)進(jìn)水閥門基本技術(shù)條件[S].

[3]林洪德， 張利民， 杜江. 黑麋峰蓄能機(jī)組φ2.8 m球形閥的設(shè)計(jì)[J]. 東方電機(jī)， 2009(4)： 19- 27．

[4]張清雙， 劉根節(jié). 水輪機(jī)進(jìn)水球閥的結(jié)構(gòu)設(shè)[J]. 閥門， 2009(6)： 1- 5．

[5]尹襄， 周小南， 夏曉坤， 等. 大型球閥制造技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 東方電機(jī)， 2009(2)： 15- 25．

[6]王丹偉， 李德武， 林愷， 等. 惠州抽水蓄能電站進(jìn)水閥新軸套的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 廣東電力， 2014 (9)： 16- 19．

[7]林愷， 李德武. 惠州抽水蓄能電站進(jìn)水閥關(guān)閉規(guī)律與軸套故障關(guān)系研究[J]. 湖南電力， 2014(6)： 10- 12．

[8]王慶年， 隋忠祥， 張明喆， 等. 國外某些金屬基自潤滑復(fù)合材料的開發(fā)與進(jìn)展[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報(bào)， 1997 (1)： 89- 96．

(責(zé)任編輯 焦雪梅)

Analysis on Design Features of Inlet Valve System of Hongping Pumped-storage Power Station

WANG Kangsheng1, JIANG Zejie2, HAN Bo3

(1. Jiangxi Hongping Pumped Storage Power Co., Ltd., Jing’an 330603, Jiangxi, China;2. East China Tianhuangping Pumped Storage Co., Ltd., Anji 313302, Zhejiang, China;3. Hubei Bailianhe Pumped Storage Co., Ltd., Luotian 438600, Hubei, China)

The design features of inlet valve system in Hongping Pumped-storage Power Station are introduced from the aspect of cancelling bypass valve, main valve seal, stainless steel welding on seal guide surface, copper-based self-lubricating bushing and floating valve body, and the acceptance process in station is also described. Some suggestions are proposed that the screws on seal ring should be fixed by spot welding, the exhaust valve dampers and drainage equipment should be increased at the top of inlet valve and the disconnection protection of important analog sensors should be added.

inlet valve; design feature; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 06- 08

王康生(1987—)，男，江西吉安人，工程師，從事水電站維護(hù)與技術(shù)管理工作．

TV734.1(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0077- 03