浅谈瀑布沟水电站的典型阀门应用

李其源，叶亚林，汤文桢

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

浅谈瀑布沟水电站的典型阀门应用

李其源，叶亚林，汤文桢

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

阀门是水电站各管路系统不可缺少的重要附件。根据不同的需要，合理采用不同型式不同功用的阀门，能使其应用达到最佳效果。着重介绍了瀑布沟水电站油水气管路系统中典型阀门的性能、结构及应用情况，对水电站主要阀门类型的选用具有一定的参考意义。

阀门；典型；应用；水气系统；闸阀；蝶阀；球阀；水控阀

0 概述

瀑布沟水电站装设6台额定容量为600 MW的混流式水轮发电机组，总装机容量3 600 MW。为保证水轮发电机组运行的安全稳定，其辅助系统也必须安全可靠。瀑布沟电站水轮发电机组油水气辅助系统，包括机组技术供水系统、渗漏排水系统、检修排水系统、透平油系统、绝缘油系统、中压气系统、低压气系统、机组强迫补气系统、大坝机械油水气系统等。依据不同的需要，在辅助系统中选用了多种型式的阀门，发挥着不同的性能功用。

1 阀门的应用及需求

（1）阀门安装在各种管路系统中，用于控制流体的压力、流量和流向，具有截断、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。由于流体的压力、流量、温度和物理化学性质的不同，对流体系统的控制要求和使用要求也不同，所以阀门的种类和品种规格非常多，正确的使用阀门，是实现阀门的密封性能、强度性能、调节性能、动作性能和流通性能的关键所在。不同的阀门按是否需要操纵外力分为自动阀门和驱动阀门两种，但如按结构特征、用途、操纵方式，公称压力、介质工作温度、阀体材料、公称通径、与管道的连接方式等区分，则分类繁多。

（2）瀑布沟水电站的各管路系统，结合电力生产的不同需要，对阀门的需求各不相同。从大的系统分类，有冷却、润滑用的透平油系统、液压启闭设备高压操作用油系统和绝缘散热用的绝缘油系统，有机组技术供水系统和厂房检修、渗漏排水系统、清洁水系统以及消防用水系统，有制动用气、围带密封用气、检修用气和中压强迫补气系统，按介质的不同，可分为油、水、气三种，按工程压力又有0.3 MPa、0.5 MPa、0.7 MPa 、2.0 MPa、6.3 MPa、25 MPa 等不同压力等级，按工程通径有大至800 mm、小至1/2″的不同，按功能有切断用、止回用、调节用、分配用、安全用、排污用、放空用等，都对管路及其阀门附件提出了不同的需求。

2 典型阀门的应用实践

瀑布沟电站油水气管路系统采用的阀门种类及规格较多，从普通闸阀到水轮机圆筒阀，本文不一一罗列，仅就使用数量多、结构型式及用途特殊的典型阀门在瀑布沟电站的应用，作以简单介绍。

（1）闸阀也叫闸板阀，它的闭合原理是闸板密封面与阀座密封面高度光洁、平整一致,相互贴合,可阻止介质流过。闸阀的启闭件是闸板，闸板的运动方向与流体方向相垂直，闸阀只能作全开和全关,它在管路中主要起切断作用，不能作调节和节流。它的优点是：流体阻力小,启闭省劲,可以在介质双向流动的情况下使用,没有方向性,全开时密封面不易冲蚀,结构长度短,不扰流、不降低压力，形体简单，结构长度短，制造工艺性好，适用范围广。闸阀的缺点是：密封面之间易引起冲蚀和擦伤，维修比较困难，外形尺寸较大，开启需要一定的空间，开闭时间长，结构较复杂。

图1 闸阀

瀑布沟电站上导、下导、水导轴承及推力轴承油冷却系统管路所采用的阀门多为闸阀，起到关断流体介质的作用。闸阀通过阀门顶端的螺母以及阀体上的导槽，将旋转运动变为直线运动,也就是将操作转矩变为操作推力。但在运行时，阀门开度位置只能靠阀杆伸长的多少粗略判断。实际使用时，是以阀杆的顶点作为标志，即开不动的位置，作为它的全开位置。为考虑防止温度变化出现锁死现象,通常在开到顶点位置上,再倒回半圈,作为全开阀门的位置。因此,阀门的全开位置，按闸板的位置（即行程〉来确定。

（2）蝶阀也叫蝴蝶阀，顾名思义，它的关键性部件好似蝴蝶迎风，自由回旋。蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，旋角的大小,便是阀门的开闭度，蝶阀全开到全关通常是小于90°。蝶阀和蝶杆本身没有自锁能力，为了蝶板的定位，要在阀杆上加装蜗轮减速器。采用蜗轮减速器，不仅可以使蝶板具有自锁能力，使蝶板停止在任意位置上，还能改善阀门的操作性能。蝶阀的优点是：启闭方便迅速、省力、流体阻力小，可以经常操作，结构简单轻巧，体积小，重量轻，可以做成很大口径，调节性能好。蝶阀的缺点是：使用压力和工作温度范围小，密封性较差。

瀑布沟电站技术供水系统所采用了很多规格的蝶阀，包括机组和主变技术供水泵取水管路的大口径蝶阀和机组各部轴承冷却系统大小蝶阀。因各部轴承发热和用油不同，其需要的冷却水也就不尽相同，故合理调节各冷却系统用水量也就很重要了。此外，蝶阀还可配备电机实现电动操作，参与机组开停机流程控制，大大提高了自动化控制程度。

图2 蝶阀

（3）球阀是用带有圆形通道的球体作启闭件，球体随阀杆转动实现启闭动作的阀门。球阀的启闭件是一个有孔的球体，绕垂直于通道的轴线旋转，从而达到启闭通道的目的。球阀主要供开启和关闭管道和设备介质之用。球阀主要优点是：适用于经常操作，启闭迅速、轻便，流体阻力小，结构简单，相对体积小，重量轻，便于维修，密封性能好，不受安装方向的限制，介质的流向可任意，无振动，噪声小。但球阀不能用作节流，且大小受限制。

图3 球阀

瀑布沟调速器和圆筒阀油压系统所采用多种规格的球阀。此油压系统压力高，阀门主要用做检修作业和事故时的隔离，很少用做调节作用，故要求有很高的密封性和可靠性。油压系统调节阀门（调速器主配压阀）采用专业厂家阀门，设计精密，制造工艺严格，精度很高。控制回路更多采用组合电磁阀控制。

（4）截止阀的启闭件是塞形的阀瓣，密封面呈平面或锥面，阀瓣沿流体的中心线作直线运动。截止阀开启时，阀瓣的开启高度为公称直径的25%～30%时，流量已达到最大，表示阀门已达全开位置。所以截止阀的全开位置，应由阀瓣的行程来决定。截止阀主要优点是：结构简单，制造和维修比较方便，工作行程小，启闭时间短，密封性好，密封面间摩擦力小，寿命较长。主要缺点是：流体阻力大，开启和关闭时所需力较大。截止阀不适用于带颗粒、粘度较大、易结焦的介质。

图4 截止阀

瀑布沟电站中压及低压气系统采用的阀门就是截止阀。气系统不仅压力高，管路长，且有时需根据需要适当调节流量。截止阀具有一定的方向性，密封性好，可以很好的隔断气流。

（5）水控阀是利用系统自身的水压控制阀门的开关，它是由一个主阀及其附设的导管、导阀、针阀、球阀和压力表等组成。水控阀分为隔膜型和活塞型两类。其工作原理相同，都是以上下游压力差△P为动力，由导阀控制，使隔膜（活塞）液压式差动操作。水控阀完全由水力自动调节，使主阀阀盘完全开启或完全关闭的状态。

图5 水控阀内部结构

水控阀内部结构如图五所示。当进入隔膜（活塞）上方控制室内的压力水被排到大气或下游低压区时，作用在阀盘底部和隔膜下方的压力值就大于上方的压力值，将主阀阀盘推到完全开启的位置。当进入隔膜（活塞）上方的控制室内的压力水不能排到大气或下游低压区时，作用在隔膜（活塞）上方的压力值就大于下方的压力值，所以就将主阀阀盘压到全关位置。当隔膜（活塞）上方控制室内的压力处于入口压力和出口压力中间时，主阀阀盘就处于调节状态，其调节位置取决于导管系统中的针阀和可调导阀的联合控制作用。可调导阀可以通过下游的出口压力并随它的变化而开大或关小其自身的小阀口，从而改变隔膜（活塞）上方控制室的压力值，控制方阀阀盘的调节位置。

瀑布沟技术供水系统总出口阀就采用水控阀，检修渗漏排水泵出口阀也采用水控阀，中压气机冷却水控制阀也是微型水控阀。水控阀常常和电磁阀组合使用，提高自动控制性能。

（6）圆筒阀不是标准意义上的阀门，而是水轮机的一种新型进水闸门，它装设于固定导叶与活动导叶之间，代替在压力管道上装设的蝶阀或球阀。水轮机圆筒阀自1962年用于真机以来，通过一些中小水轮机的应用实践，逐步得到了完善。圆筒阀全关时密封性能良好，对多泥沙电站，用以停机时保护导水机构免遭间隙空化与泥沙磨损。圆筒阀全开时缩入顶盖与座环形成的腔内，下端面与顶盖平齐，不产生水头损失。当机组产生飞逸时，可动水关闭圆筒阀，以保护机组免遭损坏。圆筒阀包括阀体、操作接力器、同步机构三大部分。圆筒阀具有尺寸大、刚度差、制造及安装要求高等特点。

3 问题与改进

瀑布沟电站阀门规格和种类繁多，各具特点，发挥了不同的功用。但在使用过程中，也存在一定的问题，主要有：一是大型水电工程建设中，设备采购分别招标采购，存在同型式同规格不同生产厂家供货的问题，致使备品的准备增加了难度；二是个别系统管路阀门配置不够合理，有流量调节需要却未配置有相应流量调节的阀门；三是个别系统配置的阀门存在电动和液压不同型式的阀门，规格不统一；四是个别阀门存在质量问题,投入使用不久后就出现关闭不严的问题。因此，对于新投产电站，需要针对以上情况进行相应的整改治理，优化配置，合理选型，正确使用，发挥不同型式阀门的功用。

4 结束语

科学选用阀门，有效发挥其功用，是水电站设计、建设期的一项重要工作。维护、使用好各型阀门，使其发挥良好作用，并维持其较长的使用寿命，是水电站后期运行管理的一项长期工作。瀑布沟电站各型阀门的应用，需要在实践中多积累经验，并不断的完善和改进。

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1672-5387（2010）06-0063-03

2010-10-08

李其源（1984-），男，助理工程师，从事水电站运行维护工作。