水轮机进水双密封蝶阀特点与安装应用

□唐　刚　□马自芳　□郭　玺(中国水利水电第十一工程局有限公司)



水轮机进水双密封蝶阀特点与安装应用

□唐刚□马自芳□郭玺
(中国水利水电第十一工程局有限公司)

摘要：古学水电站装机容量为90MW，设计有两台机组进水蝶阀。进水蝶阀在机组正常运行和事故停机中起到至关重要的作用，因此蝶阀的质量与正确安装是安全运行的必要条件。文章以湖北洪城双密封蝶阀为基础，阐述了双密封蝶阀的结构特点和安装技巧。在蝶阀安装的现有经验技术之上，提出进水双密封蝶阀在某些条件限制下，依照蝶阀结构特征进行现场组装的施工工艺，对于提高安装质量与工程施工进度起到了促进作用。

关键词：水轮机；蝶阀；安装

1　概述

我国水电资源丰富。近年来水电开发项目逐渐增多，水电设备的规格和性能也在不断的提高。水轮机进水蝶阀常常作为中低水头水电站的水轮机事故阀，安装在水坝和水轮机之间，用来保证水轮机的正常工作，防止重要水电设备产生飞逸事故。水轮机进水蝶阀作为水电站的重要设备，它的设计、生产、安装、运行和维护都时时刻刻影响着水电站的安全有效运行。

古学水电站采用的是一管两机的引水形式，每台机组配备一台双密封蝶阀。这样的布置形式相对于各配备一台单密封蝶阀的特点是，在机组检修时，可以不用排空整个引水管路的工作介质，减少的停机损失。

2　国内外蝶阀应用情况

20世纪40年代，德国开始将蝶阀应用在水轮机上。我国从20世纪50年代开始一直使用苏联的设计理论进行水电站的设计。到了20世纪80年代，我国开始把一些新型的蝶阀与其成套的设备引入国内，由于蝶阀尺寸小、重量轻、价格低廉，操作方便等特点，应用十分广泛。

国外在水电站中应用高水头、大口径的蝴蝶阀已经很普遍。随着21世纪材料工业技术和加工技术的发展，蝶阀也开始在国内应用于200 m水头以上高水头的水电站中。

3　双密封蝶阀介绍

3.1密封原理

双偏心密封蝶阀以单偏心蝶阀为基础，将碟板的旋转中心与阀体中心偏移一定的距离，这样在蝶阀的开启过程中，碟板的密封面相对于单偏心密封蝶阀会更快的脱离阀座。蝶阀完全开启时，蝶板密封面与基础密封面会形成一个更大的间隙，这样便大大降低了两密封面之间的挤压和磨损，蝶阀的寿命更长。其密封原理属位置密封构造，即蝶板与阀座的密封面为线接触，通过蝶板挤压阀座所造成的弹性变形产生密封效果，故对关闭位置要求很高。

图1　蝶阀的双密封结构图

3.2密封结构

蝶阀的双密封结构是在单密封结构的基础上，借鉴水轮机进水球阀的结构而研制开发的新产品如图1。蝶阀的双密封组件主要由蝶板、阀体、动密封环和橡胶圈等组成。装在阀体下游侧的为工作密封副，装在阀体上游侧的为检修密封副。工作密封副一般由阀体不锈钢圈与嵌入蝶板的橡胶圈组成，可通过调节螺钉调节其密封效果，用于截断管道内介质。检修密封副一般由可移动的阀体不锈钢圈与蝶板不锈钢圈组成。检修密封副平时不工作，当下游侧工作密封副的橡胶圈老化或磨损需调整更换时，检修密封副的移动金属密封圈通过介质驱动（为防止下游污染，一般采用水压驱动，水源来自压力钢管，同时需配置高压水泵和过滤器）进入工作位置，截断阀前管道内介质。

3.3蝶阀特点

蝴蝶阀具有很好的水力切断性能，阀杆处的漏水量也较少，调节性能良好，流通量高，耐腐蚀，尺寸小重量轻，价格低廉。缺点是影响流水的流态，造成水力损失。

4　安装过程控制

4.1主要实际尺寸校核

根据厂房吊物孔的实际尺寸，确定合适的蝶阀部件组合方式。古学水电站中，安装间的吊物孔尺寸为5000.00 mm× 2100.00 mm，而水轮机层吊物孔尺寸为5000.00 mm× 2000.00 mm。由于厂家到货时主阀体和上游延伸段组装到货，其组合长度尺寸为2100.00 mm，实际吊装过程中需要将阀体和上游延伸段分开。在拆卸检修密封时，首先将检修密封投入机构的传动装置、导向装置、指示装置按逆时针方向依次编号，然后按照常规方式拆装相关零件。拆卸完毕后，用汽油清理组合面。组装时将O型密封圈粘在相应安装位置以便吊装。然后将伸缩节调整到最短尺寸，同时计算在此位置时整个蝶阀的实际尺寸L，阀体中心到下游延伸段焊接端面距离Lc，阀体中心到上游延伸段焊接端面距离Ld。即Lc+Ld=L。

4.2主要数据测量及管路修整

一般情况下，上下游管道中心线不在同一高程上，存在一个高程差A和水平面位置差E。在确定蝶阀基础实际高程Hs时就需要在实际高程H的基础上加上A/2，即H+A/2=Hs。实际基础水平中心线要加上E/2的修正值。基础的其他安装要素按照图纸确定即可。

上下游管路修整时，通过尺寸Lc、Ld在确定尺寸D、C，一般需要让C不超过Lc5.00 mm，D大于Ld5.00-10.00 mm，同时需要让D+C略大于L。（通常大10.00 mm）

图2　蝶阀安装预测数据示意图

4.3蝶阀实际吊装

在蝶阀吊装前，将上下游钢管修整完毕以后可在钢管底部焊接两个挡块，起到支撑作用。桥机吊装时在吊物绳的一侧设置一个10.00 t导链。

吊装过程以下游延伸段为例，首先将下游延伸段吊放在挡块上，桥机仍带上一定的力，然后用预先设置在吊钩上的导链将下游延伸段进行一定的旋转操作，使下游延伸段达到正确的安装位置，最后在下游延伸段和下游侧钢管间焊接4个拉紧器，使下游侧钢管和下游延伸段连接起来。利用拉紧器将延伸段和下游钢管合缝，同时通过调整拉伸器保证延伸段端面的垂直度≤1.00 mm/m。一切调整到位后，剩下的工作便是将整个吊物固定，然后桥机去钩撤离。

按照本次古学水电站蝶阀的吊装顺序，在蝶阀上下游侧延伸段到位后，还需要复核最后的蝶阀主体吊装预留尺寸，使得蝶阀主体有足够的空间进行合理的吊装作业。如有不合适情况，可通过修整压力钢管调节拉紧器进行调整。

在主阀体吊装到位，连接螺栓把紧之后，还需要校核整个蝶阀的水平度，垂直度等基本参数,一切合格后便可进焊缝压制和焊接。

4.4蝶阀焊缝压制及焊接

蝶阀焊缝一般采用常规方法进行操作，最后严格按照焊接规范的要求进行施工作业，此时伸缩节的固定螺栓应该全部放开，否则焊接变形可能使得伸缩节受损。

焊接时，上下游焊缝分别进行焊接。一般先焊接上游侧焊缝，因为蝶阀中心线和蝶阀基础中心线不在同一个竖直的平面中。蝶阀中心线要向上游侧偏离100.00 mm，这样在使用中可以有效降低地脚螺栓的受力，增加蝶阀的可靠性。焊接时由于焊缝的收缩引起蝶阀平移对蝶阀可靠性的影响，便可通过先焊接上游侧降低到最低。同时每一道焊缝又是一道直径为3000.00 mm的环形焊缝，对于大直径的焊缝，应该遵循的焊接原则是：先纵缝再环缝，并且焊接时对母材进行预热。

4.5蝶阀附件安装

蝶阀附件如：蝶阀启闭液压缸、排气阀、排水管等的安装。如果蝶阀主体安装要素控制较好，附件根据蝶阀实际位置参数，按图纸要求安装即可。

5　结语

古学水电站蝶阀安全、快速、高质量的完成安装离不开安装要素的准确测量。在安装完成后测得蝶阀水平度为1.00 mm/m，垂直度为0.50 mm/m完全满足设计要求。

双密封蝶阀在机组停机维护和事故停机时有效地减少了停机损失。在安装过程中主要尺寸的确定关系到蝶阀最后的安装效果，必须在安装前做好充分的测量和计算。整个安装过程中，合理的吊装顺序和方法也是蝶阀快速吊装到位的重要因素。主要管路的准确安装到位及预埋部件位置的准确性，为后续“快速、准确、高质量”安装起到决定性作用。

双密封蝶阀在国内水电站中将会得到越来越广泛的应用，其高效可靠的性能也将为水轮机发电机组的安全运行起到促进作用。安装调试技术也应该得到施工单位的重视。

参考文献

[1]田迅,牛文彬.民治水电站水轮机进口蝶阀选择研究[J].水利发电, 2005(6).

[2]杨宇茂.水轮机进水蝶阀双密封结构分析[J].阀门, 2009 (3): 44～45.

[3]梁玉福.水轮机筒形阀.红水河[J], 2003, (2): 5.

（责任编辑：刘青）

收稿日期：2015-12-11

中图分类号：TV734. 1

文献标识码：B

文章编号：1673-8853（2016）02-0083-02