偏心半球閥在水電站應用

                              偏心半球閥在水電站應用

                               上海申弘閥門有限公司

偏心半球閥在水電站應用本文介紹了舊球閥在運行中存在的問題、新球閥的工作原理及結(jié)構(gòu)特點，闡述了在新球形閥的應用中，通過采用新結(jié)構(gòu)、新工藝，藝，解決了水電站球形閥困擾的問題，促進了電站安全生產(chǎn)、長治久安。
2.偏心半球閥在水電站應用舊球形閥運行中存在的主要問題
2.1 活門軸端漏水
球形閥經(jīng)過較長時間運行后，活門兩端轉(zhuǎn)軸與軸套間由于摩擦磨損會形成相對的橢圓，U型橡皮密封的性能隨之下降，水即會從軸端處漏出，沖刷損壞軸端密封圈，造成軸端漏水；而要處理漏水只有全站停機停水，放空壓力鋼管內(nèi)的積水后方能進行。造成這種現(xiàn)象的主要原因是閥體組合縫正處在軸端的，閥體沿活門軸孔中心線分半，造成軸孔兩側(cè)螺栓孔跨距大、把合力不足引起的。這種設備固有的結(jié)構(gòu)缺陷導致的合縫面漏水給檢修帶來了極大的麻煩，給電站的安全運行帶來了隱患，給電站的經(jīng)濟效益帶來了巨大的損失。

產(chǎn)品名稱	規(guī)格型號	標配及合格證	單位
偏心半球閥	DYQ340H-16C DN400 （上裝式）	上海申弘閥門有限公司	臺
電動 球閥	DN350    DYQ940F-16C (上裝式) 電壓380 V	上海申弘閥門有限公司	臺
球閥	DN65 WCB壓力2.5MPA Q941F-25C	上海申弘閥門有限公司	臺
球閥	DN250電動半球閥（PQ947F-25C）電壓380 V	上海申弘閥門有限公司	臺
球閥	DN250 25電動半球閥YD001225 PQ947F-25C  電壓380 V	上海申弘閥門有限公司	臺
球閥	直徑25  Q11F-16C 內(nèi)螺紋	上海申弘閥門有限公司	臺
螺紋塞柱閥	U11S-16C  DN25	上海申弘閥門有限公司	臺
針型閥	角式針型閥J24W-16C DN10	上海申弘閥門有限公司	臺

2.2 移動密封環(huán)行程指示桿漏油
球形閥在運行過程中會經(jīng)常動作移動密封環(huán)，特別是工作密封移動環(huán)，在每次球形閥開關(guān)過程中都會動作一次，從而帶動安裝在移動密封環(huán)上的行程指示桿就會動作一次。雖然行程指示桿使用了兩道O型橡膠密封，但由于是動密封，球形閥經(jīng)較長時間運行后，行程指示桿密封就會因性能下降而漏油，進而造成壓油裝置油料損失，給電站經(jīng)濟運行帶來影響。行程指示桿密封裝置見圖1。



圖1 行程指示桿密封裝置圖
2.3 密封環(huán)漏水大
由于電站水頭高且所處河段屬山區(qū)河流，河水中泥沙含量大，球形閥在運行過程中密封環(huán)止水面常會因關(guān)閉不嚴而漏水，引起密封環(huán)汽蝕磨損，從而加速密封環(huán)的損壞，造成密封環(huán)漏水過大，進而影響機組大修和正常的安全運行。
鑒于以上種種原因，結(jié)合“5.12”震后恢復生產(chǎn)，我廠決定對水電站球形閥進行改造，重點對球形閥的結(jié)構(gòu)進行了重新設計，使其滿足電站安全生產(chǎn)的需要。偏心半球閥是球閥里使用廣泛的一種通用閥門，使用量大，消耗也快，所以，合理的維修保養(yǎng)，不僅可以提高工作效率，還可以減少檢修時間，節(jié)約更換成本。


要想使偏心半球閥性能穩(wěn)定，壽命長久，需要注意以下因素：
1、使用前，應用水清洗管道和閥體過流部分，以防殘留鐵屑和其它雜物進入閥體內(nèi)腔。
2、偏心半球閥在關(guān)閉狀態(tài)下，閥體內(nèi)仍然殘留部分介質(zhì)，也承受著一定壓力，在檢修球閥之前，要先關(guān)閉球閥前的切斷閥，打開需要檢修的球閥，*釋放閥體內(nèi)部壓力。如果是電動偏心半球閥或氣動偏心半球閥，則應該首先斷開電源和氣源。
3、一般軟密封球閥均使用四氟（PTFE）作為密封材料，硬密封球閥密封面為金屬堆焊而成，如需對管道球閥進行清洗，在拆卸時需謹慎防止損壞密封圈而泄露。
4、法蘭偏心半球閥拆裝時，法蘭上的螺栓螺母應先固定，然后將所有螺母稍緊，后用勁固定好，如先將個別螺母強行固定好，再固定其他螺母，法蘭面之間會因受里不勻?qū)е聣|面損壞或破裂，導致閥門法蘭對接出介質(zhì)泄露。
5、如果對球閥進行清洗，使用的溶劑必須和要清洗的配件不沖突，不腐蝕，如果是燃氣偏心半球閥，則可用汽油進行清洗，其它零部件一般用中水清洗既可，清洗時，要*的清洗干凈殘留的灰塵，油污和其它附著物，如用清水無法清洗干凈，可在不損壞閥體和零部件的前提下，針對性的用酒精等清洗劑進行清洗，清洗完成后等清洗劑*揮發(fā)后再進行裝配。
6、如果在使用過程中發(fā)現(xiàn)填料處有細微泄露，可以稍稍加緊閥桿螺母，緊至泄露停止既可，不可繼續(xù)擰緊。
    7、露天存放，會導致偏心半球閥本體和部件銹蝕，無法正常使用，球閥存放時應該防雨，防水，防潮，并將法蘭蓋蓋緊，存儲超過12個月的閥門，使用時應重新測試，以確保性能穩(wěn)定。



3.新球形閥的基本參數(shù)（表1）
表1 新球形閥基本參數(shù)表
4.新球形閥的工作原理
當球形閥要開啟時，首先解除檢修密封處的鎖錠，然后在檢修密封的開啟腔通入壓力油，使檢修密封處于開啟狀態(tài)，且上游檢修密封的行程開關(guān)的信號顯示開啟，在此狀況下，先后打開旁通管手動閥和液壓閥，向蝸殼內(nèi)充水，一定延時后，在下游工作密封的開啟腔通入壓力油，使工作密封處于開啟狀態(tài)，且下游工作密封的行程開關(guān)的信號顯示開啟，當活門前后壓力趨于平衡，控制球形閥的壓力傳感器和壓力開關(guān)的顯示達到設定值時，接力器轉(zhuǎn)動活門由全關(guān)旋轉(zhuǎn)到全開，接著關(guān)閉旁通管液壓閥，球形閥開啟過程結(jié)束。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥當球形閥要關(guān)閉時，首先打開旁通管液壓閥，接力器轉(zhuǎn)動活門由全開旋轉(zhuǎn)到全關(guān)，然后在下游工作密封的關(guān)閉腔通入壓力油，使工作密封處于關(guān)閉狀態(tài)，且下游工作密封的行程開關(guān)的信號顯示關(guān)閉，后關(guān)閉旁通管液壓閥，水流被全部截斷，球形閥關(guān)閉過程結(jié)束。
一般情況下，上游檢修密封始終處于開啟位置，只有當機組檢修或球形閥更換工作密封時才關(guān)閉球形閥檢修密封并投入檢修密封的機械鎖錠。正常停機或機組發(fā)生事故時，在關(guān)閉導水機構(gòu)的同時，還需關(guān)閉球形閥工作密封。值得一提的是球形閥工作密封是要經(jīng)常被操作、動作的，而檢修密封是很少動作的。另外，在引水鋼管充滿水的情況下，球形閥活門或處于關(guān)閉，或處于開啟，不允許停留在其它位置做調(diào)節(jié)流量用。
5.新球形閥的結(jié)構(gòu)特點
（1）球形閥本體由分半的前閥體、后閥體、活門、自潤滑軸承及檢修密封、工作密封等零部件組成，附屬設備有旁通閥、空氣閥、部分管路和部分自動化元件等。
（2）新球形閥為橫軸型，活門中間流道直徑與上、下游引水管直徑相同，具有全開時阻力損失小（可忽略不計）、全關(guān)時密封性能好的優(yōu)點，是一種新型的雙密封環(huán)球形閥，能在機組事故且導水機構(gòu)不能關(guān)閉時實現(xiàn)動水關(guān)閉球形閥。
（3）閥體采用偏離軸孔斜分半整鑄結(jié)構(gòu)，分半面與水流方向成51°夾角，其優(yōu)點是閥體分半面為整圓，便于密封，同時使分半面螺栓分布均勻，受力好，避免了沿閥體軸孔中心線垂直分半所造成軸孔兩側(cè)螺栓跨距大，把合力不足，合縫錯牙漏水現(xiàn)象。閥體兩側(cè)各有一個水平軸承座用于支撐閥軸和活門。閥體帶有連接上游側(cè)壓力鋼管和下游側(cè)可拆卸伸縮節(jié)的法蘭，閥體、軸承座、上游側(cè)法蘭能承受在球形閥截斷水流時水流作用在活門和閥體上的大水推力。閥體兩側(cè)均設有整體的支撐底座，按傳遞球形閥全部垂直荷載設計。設計允許球形閥沿壓力鋼管軸線方向相對于基礎(chǔ)板有微小位移，因此基礎(chǔ)板與球形閥支撐底座接觸面需加工光滑，且該位移不會損壞或擦傷地腳螺栓、螺母。閥體頂部設置一個排氣孔，用于充水時排除閥體頂部的空氣，底部設置排污閥，用于檢修時排掉積水和沉積的泥沙。
（4）活門采用鑄鋼整體制造，具有很好的剛強度。活門兩軸身覆蓋有不銹鋼襯套，以增加活門軸抗磨蝕能力，進而保護軸承及其密封。
（5）主密封為雙面金屬密封，分為上游側(cè)檢修密封與下游側(cè)工作密封，均為可拆卸式結(jié)構(gòu)。主密封包括高強度不銹鋼移動密封環(huán)和不銹鋼固定密封座，移動密封環(huán)位于閥體與過渡法蘭間的密封腔內(nèi)，可根據(jù)需要控制其前后移動；固定密封環(huán)用不銹鋼螺栓把合在活門上，當活門到達全關(guān)位置后，移動密封環(huán)滑動并壓緊固定密封座，起到密封作用；在活門開啟前移動密封環(huán)離開固定密封座，解除密封。閥體和過渡法蘭上的密封環(huán)導向面采用不銹鋼護襯。移動密封環(huán)上的密封采用進口的D型密封圈，密封圈密封面中含有潤滑材料，在保證密封的同時使密封圈有較長的壽命。移動密封環(huán)均由取自操作系統(tǒng)的壓力油進行操作，下游工作密封由球形閥控制系統(tǒng)自動控制操作上游檢修密封采用手動控制操作，并設有手動鎖錠桿，可以在工作密封檢修時將檢修密封在全關(guān)位置。工作密封和檢修密封均設有移動密封環(huán)位置指示信號裝置，其信號通過電纜線接至球形閥的控制系統(tǒng)。球形閥主密封結(jié)構(gòu)見圖2。



圖2 球形閥主密封及接近開關(guān)傳感器示意圖
（6）密封環(huán)位置信號裝置電信號器采用進口產(chǎn)品接近開關(guān)傳感器。為了保證密封環(huán)動作的可靠性，在密封環(huán)圓周上均布了四個電信號器，只有當密封環(huán)在退出位置時四個點全部接通才發(fā)出電氣信號給控制系統(tǒng)。在信號未發(fā)出之前，活門禁止轉(zhuǎn)動。接近開關(guān)傳感器結(jié)構(gòu)見圖2。
（7）球形閥軸承采用德國進口的DEVA－BM自潤滑軸承，具有良好的承載性能。軸承瓦鑲嵌在軸承鋼套里，可隨鋼套一起在閥體不解體條件下從閥體內(nèi)拆出來。鋼套外側(cè)與閥體接觸部位設有兩道O型靜密封，鋼套內(nèi)側(cè)與閥軸接觸部位屬于旋轉(zhuǎn)運動密封，設兩道密封，一道接近閥體內(nèi)圓，采用整圈O型橡膠密封圈，起封沙作用，盡可能防止泥沙進入軸瓦，密封槽設有旁通孔；另一道在閥體外側(cè)，采用進口格萊圈。球形閥軸承及密封結(jié)構(gòu)見圖3。

偏心半球閥按照不同的標準可以分類出很多種，他們有不同的功能和用途，適用于不同的工況，如何正確為偏心半球閥選型，其步驟和依據(jù)大體如下：
1.明確偏心半球閥在設備或裝置中的用途，確定球閥的工作條件：適用介質(zhì)、工作壓力、工作溫度等等。
2.確定與偏心半球閥連接管道的公稱通徑和連接方式：法蘭、螺紋、焊接等。
3.確定操作偏心半球閥的方式：手動、電動、電磁、氣動或液動、電氣聯(lián)動或電液聯(lián)動等。
4.根據(jù)管線輸送的介質(zhì)、工作壓力、工作溫度確定所選偏心半球閥的殼體和內(nèi)件的材料：灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、碳素鋼、合金鋼、不銹耐酸鋼、銅合金等。
5.確定球閥的參數(shù)：對于自動閥門，根據(jù)不同需要先確定允許流阻、排放能力等，再確定管道的公稱通徑和閥座孔的直徑。
6.確定所選用偏心半球閥的幾何參數(shù)：結(jié)構(gòu)長度、法蘭連接形式及尺寸、開啟和關(guān)閉后閥門高度方向的尺寸、連接的螺栓孔尺寸和數(shù)量、整個球閥外型尺寸等。
7.利用現(xiàn)有的資料：偏心半球閥產(chǎn)品目錄、球閥產(chǎn)品樣本等選擇適當?shù)钠陌肭蜷y產(chǎn)品。



圖3 球形閥軸承及密封示意圖
6.結(jié)語
在水電站新球形閥應用中，通過采用偏離軸孔斜分半整鑄結(jié)構(gòu)，提高了合縫密封的可靠性，避免了舊閥體沿軸孔中心線垂直分半所造成的軸孔兩側(cè)螺栓跨距大、把合力不足的缺陷。同時，在球形閥軸承的運用中，采用德國進口的DE-VA－BM自潤滑軸承，改善了軸承的承載性能，進一步提高了活門軸端密封的可靠性，解決了舊球形閥活門軸端的漏水現(xiàn)象。通過改變移動密封環(huán)位置狀態(tài)的顯示方式，變動密封為靜密封，有效解決了舊球形閥移動密封環(huán)行程指示桿漏油現(xiàn)象。同時，通過在移動密封環(huán)上采用雙套密封圈設置，并在密封圈之間加開溢流口，有效避免了油混水現(xiàn)象的發(fā)生；通過采用高強度不銹鋼主密封，提高了密封環(huán)的抗汽蝕磨損性能，延長了密封環(huán)的使用周期。應該說，新球閥在水電站的應用是成功的，解決了舊球形閥近30年來存在的諸多問題，提高了電站的經(jīng)濟效益，促進了電站安全生產(chǎn)長治久安。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：PLC控制智能電動調(diào)節(jié)閥