仙居抽水蓄能电站球阀结构设计

张芳 姚文革

摘 要：浙江仙居抽水蓄能电站Φ2.6m球阀是国内独立设计制造的已发电抽水蓄能电站中设计水头最高的球阀。本文简要介绍了该球阀的结构设计特点。

关键词：抽水蓄能电站；球阀；结构设计

中圖分类号：TM645 文献标志码：A

0 前言

浙江仙居抽水蓄能电站位于浙江省仙居县湫山乡境内，电站安装4台单机容量为375MW的混流可逆式水轮发电机组，是目前国内单机容量最大的抽水蓄能电站。水轮机前设有直径为2.6 m的球阀，由哈尔滨电机厂有限责任公司自主独立设计和制造。

1 球阀结构

1.1 基本参数

球阀型号：QF565-WY-260；公称直径：Ф2600 mm；最大静水压：5.53 MPa；设计压力：7.7 MPa；接力器操作油压：6.3 MPa。

1.2 球阀的总体结构

进水球阀安装在压力钢管与水轮机蜗壳进口段之间，在机组事故情况下，可实现紧急动水关闭，以防止事故扩大；在检修水轮机时，可截断水轮机进水。球阀阀体与上游侧连接管和下游侧伸缩节通过螺栓连接，上游连接管与压力钢管采用工地焊接方式相连，伸缩节通过螺栓与蜗壳延伸段相连。球阀设计为卧轴、油压操作，双面金属密封、水压操作密封环的结构，通过打开球阀主密封来实现活门开启前的平压要求，球阀通过两个Φ550接力器实现活门的开启和关闭。球阀的总体布置见图1。

1.2.1 阀体

阀体为大小半结构，铸钢制造，其优点是阀体分半面为整圆，便于密封，同时分半面螺栓受力均匀。前阀体两侧各有一个水平轴承座用于支撑阀轴和活门。阀体能承受在球阀遮断水流时，水流作用在活门和阀体上的最大轴向水推力。前阀体底部均设有支撑底座，按传递球阀全部垂直荷载设计。

1.2.2 活门

活门采用铸钢材料，活门的内孔直径与阀体进出口直径相同。活门上装有密封座，与阀体上的动密封环配合起密封水的作用。阀轴为锻钢材料，活门和阀轴为螺栓把合结构。

1.2.3 球阀主密封

球阀主密封包括上游检修密封和下游工作密封，密封装置包括动密封环和固定密封环，均为可拆卸结构，不锈钢材料。动密封环为整体结构，设计成滑动式。动密封环上的密封采用进口聚氨酯组合密封圈。无需排空压力钢管和拆卸球阀主体便可以检修和更换工作密封。工作密封由进水阀控制系统自动操作。检修密封由手动操作，并设有防腐蚀机械锁定装置。

1.2.4 球阀枢轴轴承和密封

球阀轴承包括钢套和轴承瓦，轴承瓦安装在钢套里，可随钢套一起在不解体阀体条件下从阀体内拆出来。轴承瓦为国进口DEVA-BM自润滑轴瓦，承载性能好。钢套外侧与阀体接触部位设有O型静密封，钢套内侧与阀轴接触部位设有旋转运动密封。一道靠近阀体内侧，为挡沙作用的O型橡胶密封圈，密封槽有平压孔，可使钢套内外侧压力相同；另一道在阀体外侧，采用U型密封圈，利用旁通孔引入的压力水涨开U型密封的唇边，达到密封效果。在U型密封圈的外侧，设有一道组合格莱圈密封。

1.2.5 操作机构

球阀由两个双作用油压接力器操作，接力器与两侧的转臂连接，转臂与阀轴通过销子直接连接。接力器为直缸摇摆式，接力器在油压装置最小油压下，最坏的操作工况（动水关闭）时，安全关闭球阀。操作机构设有机械液压一体式的锁定装置以及锁定位置信号装置，信号传至进水阀控制柜。在进水阀全关后自动投入液压锁定；当机组检修时，可以同过机械锁定杆将进水阀锁定在全关位置。

1.2.6 旁通管路和空气阀

球阀设置了旁通管路，其作用是平压和消除机组振动。旁通阀为DN150液压针型阀，可由控制系统自动控制。

在球阀伸缩节顶部设有一个DN100带检修球阀的自调节式空气阀，在蜗壳充水时排气，排水时补气。

2 动水关闭试验

2017年3月26日至28日，仙居电站及其他相关部门对3#机球阀进行了动水关闭试验，分别在空载、50%及100%额定负荷工况下进行了动水关闭试验。试验结果表明，振动、噪声及其他各项指标均满足设计要求，并无任何有害变形及异常噪声发生，因此完全可以确保机组的安全运行。

结语

目前仙居抽水蓄能电站球阀已经投入商业运行，经工厂试验及现场试验表明，阀体具有足够的强度和刚度，应力和变形均在允许范围之内，活门漏水试验结果符合设计要求，表明该项目设计工作取得圆满成功。

参考文献

[1]朴春光.韩国青松抽水蓄能电站球阀结构特点[J].哈尔滨：大电机技术，2007（4）：42-44.