介紹了水輪機進水球閥的主要組成部分及各部分的作用和結(jié)構(gòu)設計特點,這些新結(jié)構(gòu)的使用,使進水球閥的總體布局更加合理,性能更先進。闡述了水輪機進水球閥的工作原理、控制原理、運輸保管和安裝要求等事項。

1、概述

　　水輪機是水電站的重要機電設備之一。為了保證水輪機安全和可靠的運行,水輪機的入水口處均裝設有進水球閥,上游與壓力鋼管連接,下游與水輪機進水蝸殼連接。一方面在水輪機及發(fā)電機組檢修時通過該閥切斷壓力鋼管內(nèi)的水流,保證檢修的安全,另一方面在水輪機及發(fā)電機出現(xiàn)異常時可有效切斷水流,防止事故的發(fā)生。由于水輪機運行的特殊要求,通用球閥在水電站的運行中不能滿足工況系統(tǒng)的使用要求,導致機組無法運行的現(xiàn)象也時有發(fā)生。為了確保水輪機組能平穩(wěn)、可靠和安全的運行,在消化吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上,采用全新的設計理念,研制開發(fā)出新型水輪機進水球閥。

2、主要構(gòu)成部分及作用

　　水輪機進水球閥主要由主閥部分、驅(qū)動部分、旁通管路、上游湊合節(jié)、下游伸縮節(jié)、鎖定部分、支撐部分及配套部分等組成(圖1) 。

　　(1)主閥部分(標配)

　　包括閥體、球體、閥桿及閥座(活塞止水環(huán))等,該部分是整個閥門的核心,其作用是接通或切斷水流。

　　(2)驅(qū)動部分(標配)

　　對于電動操作的水輪機進水球閥,其驅(qū)動部分為電動裝置。對于液動操作水輪機進水球閥,其驅(qū)動部分為液壓接力器與拐臂(對于搖擺缸)等,該部分的作用是驅(qū)動主閥進行啟閉動作。

　　(3)旁通管路(推薦采用)

　　包括旁通閥、檢修閥(僅用于旁通閥)、鋼管和彎頭等,該部分的作用是在閥門啟閉前平衡上下游壓差,避免在全壓差下啟閉閥門出現(xiàn)水錘現(xiàn)象以及有效地降低閥門的操作轉(zhuǎn)矩。

　　(4)上游湊合節(jié)(對液動止水環(huán)式水輪機進水球閥為標配,對其余兩類為選配)

　　用于閥門與上游端壓力鋼管進行連接,連接方式通常為焊接,并且會預留50～100mm的焊接配割余量。

　　(5)下游伸縮節(jié)(對液動止水環(huán)式水輪機進水球閥為標配,對其余兩類為選配)

　　包括插管與活動法蘭兩部分,用于閥門與下游水輪機進水蝸殼連接,連接方式為法蘭連接。通過伸縮節(jié)的方式,一方面可方便對閥門進行檢修維護,另一方面可適應由于溫度、壓力的變化造成的管道軸向膨脹或收縮。

　　(6)鎖定部分(選配)

　　主要包括上游檢修密封鎖定及接力器鎖定。主要用于防止由于誤操作帶來的閥門誤動作,保證系統(tǒng)的安全性及可靠性。

　　(7)支撐部分

　　包括主閥與接力器底座。底座通過地腳螺栓安裝于混凝土支墩上,用于支撐閥門的重量及為搖擺式接力器提供固定轉(zhuǎn)軸。

　　(8)配套部分

　　該部分用于控制閥門的驅(qū)動部分,為驅(qū)動裝置提供動力源,并使閥門按照預先設定的程序進行動作。

3、結(jié)構(gòu)特點

3.1、不銹鋼活塞式止水環(huán)

　　液動止水環(huán)式水輪機進水球閥采用不銹鋼活塞式止水環(huán)密封止水,通過油壓或水壓控制止水環(huán)的投入與退出(圖2) 。每臺閥門設兩個止水環(huán),上游側(cè)為檢修密封,下游側(cè)為工作密封。檢修密封設手動鎖緊裝置,正常工作時檢修密封處于常開狀態(tài),只在機組檢修時投入,為保證下游檢修的安全性,應手動將鎖定投入。工作密封在閥門關(guān)閉時投入,在球體動作前退出。為保證閥門能在緊急情況下迅速關(guān)閉,在閥門達到全開后,工作密封仍然處于退出狀態(tài)。

1.主閥部分　2.鎖定部分　3.上游湊合節(jié)　4.旁通管路　5.下游伸縮節(jié)　6.驅(qū)動部分　7.支撐部分

圖1　水輪機進水球閥

圖2　止水環(huán)工作密封結(jié)構(gòu)

　　通過變換進油(或水)的方向控制止水環(huán)的動作方向,以滿足操作的需要。止水環(huán)與閥體及端蓋之間的密封采用雙重O形圈,并且可通過設置PTFE擋圈的方式減小O形圈的磨損。止水環(huán)的材料通常為1Cr13。

3.2、可更換的活門密封環(huán)

　　因止水環(huán)式水輪機進水球閥通常用于水質(zhì)較差、水頭較高的電站,所以惡劣的工況對閥門的損耗是非常嚴重的,特別是對密封面的磨損非常厲害。為了提高閥門的可維護性,液動止水環(huán)式水輪機進水球閥將閥門的密封環(huán)設計為可拆卸可更換結(jié)構(gòu),在閥門長期使用活門密封環(huán)發(fā)生嚴重磨損后,可僅對密封環(huán)進行更換而不需要更換活門或另購閥門,提高閥門主體的使用壽命,降低資金投入。

　　活門主要由活門體、密封環(huán)、O形圈、螺釘及位銷等(圖3)組成。密封環(huán)通過一組螺釘固定在活門體相應部位。密封環(huán)與活門體之間的密封靠O形圈來保證。定位銷的作用在于密封環(huán)與活門體的準確定位,以免密封環(huán)更換以后與活門體發(fā)生裝配錯位。密封環(huán)的材料通常為2Cr13。

1.活門體　2.O形圈　3.密封環(huán)　4.螺釘

圖3　可更換的活門密封環(huán)

3.3、輕便的活門結(jié)構(gòu)

　　液動止水環(huán)式水輪機進水球閥經(jīng)過多年的實踐,摒棄了之前常用的完整球形活門結(jié)構(gòu),而采用了類球狀結(jié)構(gòu),大大減輕了活門的自重(圖4) 。一方面可以節(jié)省投資,另一方面亦可緩解活門自重對閥殼帶來的受力影響。

　　限于篇幅，文章中間章節(jié)的部分內(nèi)容省略，詳細文章請郵件至作者索要。

4、結(jié)語

　　(1) 采取逆向奧氏體完全再結(jié)晶的方法, 可以細化大口徑熱擠壓管粗大晶粒, 其最佳規(guī)范是850℃ ×1h。

　　(2) 逆向奧氏體再結(jié)晶是在原奧氏體晶界形核生成新的晶粒、形核由晶界移向晶內(nèi)完全再晶、原奧氏體晶界完全消失和新生晶粒聚合長大4個過程。

　　(3) 采取再結(jié)晶后的材料延性大大提高, 且斷口由沿晶斷裂變?yōu)轫g性斷裂。

　　(4) 加熱與冷卻速度對再結(jié)晶效果影響不大,因此本方法在工業(yè)性生產(chǎn)中是行之有效的。