沐若水电站高水头进水阀安装及调试

2015-11-28关威李季

湖南水利水电 2015年6期

关威李季

（中国水利水电第八工程局有限公司长沙市 410007）

引言

马来西亚沐若水电站安装有4 台竖轴混流式水轮发电机，单机容量236 MW，频率为50 Hz，额定转速300 r/min，由两条引水隧洞经岔管分别向4 台机组供水（一洞两机）；压力钢管与水轮机经球阀进行连接，安装在蜗壳进口和钢管之间的球阀担负着机组正常停机及事故停机截断水流的作用，同时，在机组检修时间，球阀担任阻隔压力钢管的水进入厂房，保证机组检修安全可靠进行。

1 球阀的工作原理及技术特性

1.1 球阀工作原理

球阀设置在压力钢管与水轮机蜗壳进口段之间，作为机组正常停机和事故停机截断水流的设备。球阀由活门、转臂及上、下游两道密封等组成。在机组需供水时，油压装置驱动接力器，接力器带动转臂旋转活门，水流通过活门内腔流入蜗壳，保证机组运行需要。当机组需停机或者机组出现事故时，接力器带动转臂关闭活门，关闭后，通过油压装置投入球阀密封，起到截断水流的作用，使机组安全停机或进行机组检修工作。

1.2 球阀技术参数

球阀型号：QF429-WY-300；公称直径：Ф 3 000 mm；最大静压：3.29 MPa；最大升压：4.29 MPa；最大流量：86.6 m3/s；开启时间：（60～90）s；关闭时间：（60～90）s；旁通阀直径：Ф 300 mm；自动空气阀直径：300 mm；接力器直径：Ф 500 mm；接力器行程2 291 mm；接力器数量：2；操作油压：6.3 MPa。

1.3 球阀结构特性

整个球阀主要由上游连接管、球阀本体、伸缩节、接力器、旁通管路、空气阀、蜗壳排水阀、球阀基础及球阀油压装置等组成。球阀结构为卧轴、双密封（一个工作密封和一个检修密封），液压操作，可以在不拆开阀体的条件下检修和更换密封件。

上游连接管留有出厂试验配割余量和现场配割余量，确保压力钢管与球阀顺利连接。在球阀下游侧与蜗壳之间设有伸缩量为30 mm 的套筒式伸缩节，伸缩节在球阀密封出现问题时可以拆除，在不拆除球阀本体的情况下进行密封的更换。旁通管路主要作用是在球阀开启前往蜗壳里充水，实现球阀前后平压的作用。

2 球阀安装工艺特点及难点

2.1 安装工艺流程

球阀安装工艺流程见图1。

图1 球阀安装工艺流程

2.2 施工准备

（1）安装工器具及吊装设备：重型平板拖车、厂房桥机（350 t）、50 t 汽车吊和千斤顶等常用工器具。

（2）球阀基础和接力器基础安装样点经放置。

（3）埋件二期坑清理。

（4）进行技术交底工作。

2.3 球阀基础安装

（1）球阀基础埋件、接力器基础埋件及基础板的支架安装，支架采用16#槽钢或16#工字钢制作，支架水平及高程采用电子水准仪及千分尺配合测量控制，支架顶端高程偏差控制在0.3 mm 以内。

（2）基础板吊装：采用厂房桥机将基础板吊装到对应的安装支架上，采用记号笔将基础板加工面上厂家标注的基础板安装控制方位样冲眼标识清楚。

（3）基础板安装调整：①采用钢琴线将测量放置的控制方位点连接为安装控制线。根据安装控制线，采用线锤和角尺将基础板方位样冲分别调整到位。②利用球阀基础板调平螺栓和接力器基础板调平螺栓对基础板的水平进行调整，采用电子水准仪及千分尺作为测量工具，测量基础板的各项几何尺寸，使基础板尺寸满足设计要求。③基础板安装控制要求，高程±1.5 mm，方位偏差±3 mm，水平1 mm/m。④基础板安装就位后，加固基础板及其锚杆，然后将球阀固定螺栓和接力器固定螺栓旋入，防止混凝土浇筑时将螺纹孔堵塞，待验收合格后将螺杆部分涂上黄油，然后再用布包裹严实做好防护，浇筑第二期混凝土。⑤对基础板的再次调整：二期回填完成后，再次检查各基础板的方位控制尺寸及工作面水平，若基础板的尺寸、水平出现超标情况，则对应进行适当调整，加固后进行三期混凝土浇筑，浇筑过程中派专人进行监测。

2.4 球阀主体安装

（1）球阀安装前，应确保球阀基础混凝土强度已达到设计要求，蜗壳和球阀前压力钢管均已安装完毕，球阀上、下游侧的压力钢管或蜗壳管口露出混凝土墙面的长度必须保证安装和焊接时有足够的操作空间。

（2）清洗和复测：对球阀基础板进行清洗，然后用框式水平仪对其平面度进行复测，若超标，则需对基础板进行打磨处理。

（3）检查确认具备球阀的安装条件以后，在球阀基础板上标示出球阀就位样线，然后用厂房桥机（350 t）吊装球阀主体至球阀基础板上，检查球阀位置线与控制样点偏差是否符合相应要求，若超标，采用千斤顶进行适当调整，直到球阀位置符合要求。

（4）球阀安装时，沿水流方向的中心线，应根据蜗壳及压力钢管的实际中心确定，安装偏差不大于3 mm；横向中心线（上、下游位置）偏差不大于10 mm。

（5）球阀定位：阀门水平和垂直度测量偏差应不大于1 mm/m，可测量主阀进、出口法兰端面。

（6）球阀安装尺寸符合要求后，将阀体和基础板的固定螺栓穿入，按照图纸要求对螺栓涂上润滑油和螺纹锁固胶，然后按拧紧力矩（地脚螺栓上的螺母，球阀座上的螺母拧紧力矩均为1 300 N·m）要求进行拧紧。

2.5 上游连接管安装

（1）安装前应看清设备编号，以及法兰外圆上的对准线标记,并一一对应准备安装。

（2）配割上游压力钢管筒体及焊接坡口，如有需要在焊接前必须先根据实际情况对坡口进行修整，修整完成后进行坡口打磨，经PT 检验合格后进行后续处理，对于焊缝坡口间隙超标或坡口大小不均匀的现象，需对坡口两侧进行堆焊处理，确保在正式焊接前坡口形式、间隙及尺寸符合要求，坡口处理完成后进行打磨并做PT 检查，确保堆焊部位不存在缺陷。再精确测量上游压力钢管和球阀上游面间的距离（四个方向均需测量），然后对上游连接管进行现场配割（坡口处理方法同上游侧压力钢管的处理方法），安装上游连接管与球阀法兰上的密封圈,安装时可添加适量的润滑油脂，以方便密封件的定位安装。现场配割剖口如图2 所示。

图2 现场配割剖口示意图

（3）采用适当的辅助支承以保证上游连接管定位后稳定可靠，装上两法兰上的定位销,均匀拧紧法兰上的螺柱、螺母。

（4）上游连接管与压力钢管出口定位,将上游连接管和压力钢管出口定位，修正焊接坡口符合设计要求。（过流面错边不应超过板厚的10%，但最大错牙不应大于2 mm）。调整完成后对焊缝进行加固及定位焊接，方法如下：焊缝坡口处理完成后在钢管外管壁4个轴线方向焊接4 块加强板，加强板尺寸为30 mm×300 mm×150 mm，加强板在环缝位置开R50 mm 过焊孔。加强板焊接时须进行预热，焊前先按要求定位焊，首先应对定位焊周围宽150 mm 用烘枪进行预热，定位焊预热温度为100℃左右，定位焊在小坡口一侧，定位焊距纵向焊缝端部30 mm 以上，长度100 mm 以上左右，间距（100～400）mm，厚度为8 mm，背缝气刨清根时清除定位焊缝。

（5）上游连接管和压力钢管接口对接施焊。在焊前应将坡口及其两侧50 mm 范围内的熔渣、铁锈、油垢、水迹清除干净，焊接过程中严格按照对称焊接，可安排2～4 名焊工均布后同时顺时针或逆时钟进行焊接，同时控制好各自的焊接速度，保证各自焊接长度及厚度基本一致，焊接过程中严格控制线能量，焊接过程中实施多层多道焊，焊接接头错开25 mm 以上，并且每层焊道厚度不超过5 mm，为保证焊接质量，必须将每层每道焊缝的熔渣、飞溅等清除干净方可进行焊接。

（6）拼装完成后对焊缝进行打磨光滑，然后对其做探伤检查，UT，MT，PT 分别按ASME 第8 卷附录12，6，8 进行，探伤合格后对其进行补漆处理。

2.6 伸缩节安装

（1）安装前应核对设备编号,以及法兰外圆上的对准线标记,将下游伸缩节调至最短尺寸，拆除固定拉杆。

（2）安装好下游伸缩节与球阀连接法兰上的密封圈(进口方向)，安装好下游伸缩节与蜗壳连接法兰上的密封圈(出口方向)。

（3）采用适当的辅助支承以保证下游伸缩节定位后稳定可靠。

（4）按对应标识安装下游伸缩节，装上球阀和下游伸缩节之间的定位销并均匀拧紧下游伸缩节两端法兰上螺柱、螺母。

（5）伸缩节与下游侧蜗壳钢管的连接：按上游侧连接管与压力钢管的安装方法进行。

2.7 接力器安装

（1）安装前检查接力器行程是否符合设计要求。

（2）接力器的基础板和底座的安装，应根据活门在全关正确位置时，摇臂连接销孔的实际位置来确定；基础板的位置偏差不大于3 mm。接力器安装后水平或垂直度偏差不应大于1 mm/m，底座高程偏差不超过±1.5 mm，销轴连接应保证关节轴承转动灵活。

（3）接力器吊装定位时应保证活塞处于全关位置行程终点，以保证液压锁定能投入及拔出灵活可靠。

（4）将接力器就位到基础板上后对其进行微调，然后拧入接力器座和基础板间的固定螺栓和地脚螺栓的螺母，按照要求对螺栓涂上润滑油和螺纹锁固胶，然后按拧紧力矩（地脚螺栓上的螺母，接力器座上的螺母拧紧力矩均为2 300 N·m）要求进行拧紧，然后连接接力器和球阀的摇臂。

2.8 旁通管、空气阀安装

旁通管的作用主要是为了在球阀开启前向蜗壳充水，平衡球阀前后的压力。旁通阀为液压针型阀，针阀的针头和密封座由不锈钢材料制造。旁通阀在关闭位置有自关闭的趋势，以防止旁通阀关闭腔没有油压时，旁通阀在水压的作用下打开，并在其上下游各设置了一个检修用手动球阀。空气阀设置在伸缩节钢管顶部最高点，其可在蜗壳排水时补入空气，并在蜗壳充水时排出空气，为了空气阀的检修，还在下面设计了一个不锈钢球阀。

2.9 油压装置系统安装

油压装置型号为YZ-8-6.3，采用分离式结构，由压力油罐和回油箱两部分组成，需要分别安装，之间采用不锈钢钢管连接。控制装置配有油泵启动柜两套和油压装置控制柜一套。油压装置设有控制和保护设施，满足机组自动控制的要求。

（1）油压装置的基本参数。工作油压：6.3 MPa；压力罐总容积：8.0 m3；工作介质：L-TSA46 号汽轮机油和压缩空气；罐内油容积：2.7 m3；回油箱总容积：10 m3；箱内油容积：5.0 m3；6.3 MPa 时油泵输油量：548 L/min；油泵和电机转速：1 450 rpm；电机泵组型号：Y280M-4V1；电源：415 V AC 50 Hz；电机功率：90 kW；系统油温：（5～50）℃。

（2）压力油罐：压力油罐由压力油罐本体和安装在罐体上的压力表、压力开关、压力变送器、旁路液位计、空气安全阀、自动补气装置和管路等组成。

压力油罐是由钢板焊接而成的蓄能器，压力油罐侧面开设进人门，以便于检修和清理。内装LTSA46 汽轮机油和压缩空气，其比例为1∶2。

压力油罐的安装：将压力油罐转运至相应安装位置，微调让其落在基础板上，调整压力油罐位置，使其位置偏差在5 mm 以内，然后在其四个方向分别挂上线锤调节其垂直度，保证其垂直度在1 mm/m之内，验收合格后穿入地脚螺栓，进行混凝土的二次浇注。

压力油罐上的压力表：用于罐内压力的指示。压力表安装在从油罐总供油管上的分管上面，和压力油罐的压力开关和压力变送器在一条线上，读数时简单而且管路配制美观。

压力开关：压力开关安装在由油管底部引出的一根不锈钢管上面，能在预设压力下分别发出信号，用于启停油泵或自动补气。

压力变送器：压力变送器能根据压力罐内的压力实时的输出对应的（4～20）mA 信号以反映压力值。

液位计：直接安装在压力油罐上面，出罐体后用法兰连接，上下分别有一球阀，便于控制、安装和拆卸。

空气安全阀：空气安全阀安装于压力油罐上，可防止压力油罐内压力过高，是压力油罐最后一级保护。在油罐内压力达到预设压力7.18 MPa 时排气以降低压力。安全阀安装前必须经具有安全阀校核资质单位进行校核，运输过程中必须做好防护，保证其稳定，避免剧烈的震荡而影响校核的安全值。安全阀的排气口朝向空旷的地方，确保安全阀动作时对人员不产生伤害，安全阀一旦动作，必须重新进行校核。

自动补气装置：自动补气装置是根据压力油罐内的油位和压力使压力油罐实现自动补气。当压力油罐内的油位达到正常油位的上限而压力又低于6.1 MPa 时，则自动补气控制回路使补气装置动作，向压力油罐输送压缩空气，直到压力油罐内的压力达到正常油压上限（6.3 MPa），或者油面降到正常油压下限时，由自动补气控制回路自动发出信号停止补气，补气使用的压缩空气气源应经过过滤及除湿处理。

（3）回油箱：回油箱的由回油箱箱体、两套电机泵组、液位计、阀门和管路附件等组成。

回油箱箱体：回油箱是由钢板焊接而成，箱内由钢板和滤油网（2 层）分隔为脏油区和净油区，箱顶开设进人门，以便于检修和清理。回油箱箱体的安装：将回油箱转运至安装位置，调节其位置偏差，控制在5 mm 以内，再调节其垂直度偏差，使回油箱垂直度偏差控制在1 mm/m 内，然后穿入地脚螺栓，进行二期混凝土的浇筑。

卸荷安全阀：又称组合阀，由卸荷阀、安全阀、单向阀组成，是电机泵组的核心组成部分。卸荷阀：卸荷阀的作用为油泵启动时减轻泵组启动过程中的压力和振动，短时内将泵管路内部空气和压力油排回回油箱，经一定时间后，控制柜动作卸荷安全阀上的加载、卸载电磁阀的加载侧线圈，关闭卸荷阀，油压很快上升，向罐内打入压力油。当泵组停止时控制柜动作加载、卸载电磁阀的卸载侧线圈，以备下一次启动。安全阀：该阀用于防止压力罐及输油管路压力过高。当油泵出口压力低于安全阀设定值下限值时，安全阀全关，油泵的泵油全部输入压力罐，当压力开关及系统发生故障导致油泵未能及时停止时，油泵出口油压将升至6.35 MPa 时安全阀开启，油泵输出的部分油流回回油箱，当压力继续升高到6.45 MPa时，安全阀全开，油泵输出的油将由安全阀全部返回到回油箱，压力罐内油压不再上升以保证系统安全。单向阀：又称止回阀，其作用是防止压力罐内的压力油倒流，避免造成油泵反转及罐内压力下降。

液位计：磁翻柱液位计可供观察回油箱内的油位，并输出（4～20）mA 的模拟量至控制系统，且在油位处于设定值时发出电气信号。磁翻柱液位计的安装是从油箱上配焊了两个法兰（哈电出厂前已完成），液位计的上下也是带有法兰的，他们的中间各自连接一个球阀，便于液位计的安装、拆卸和控制透平油的通断。安装磁翻柱液位计前应注意上面浮子的状态是否正确，无油段为白色，有油段为红色，若不正确，可以用一个弱磁性的磁铁在液位计显示板上轻轻滑动，让浮子处于正常状态（因为在运输过程中震荡或浮子受到外界磁场的作用浮子的状态发生了改变，导致浮子状态显示错误）。

（4）管路的安装。对于管路的安装位置偏差控制在5 mm 内，水平度偏差控制在1 mm/m 内，垂直度偏差1 mm/m 内即可，对于所有的油管必需采用氩弧焊进行焊接，管路安装前必需拆卸下来进行清洗后再进行安装。

3 球阀调试流程（图3）

图3 球阀调试流程

3.1 外观检查

球阀调试前进行外观检查，球阀控制柜外观整洁无破损，电气接线完整，管路配制完整。

3.2 实验前调整、准备

将电磁阀线圈插头全部拔下、将送至LCU（现地控制单元）信号接线全部解开、保证工作密封和检修密封都处于退出状态，将球阀控制柜转换开关SA置于手动位置。检查断路器1QF、2QF、3QF 的2、4端子，无短路现象；检查1QF、2QF 的1,3 电源正确，将断路器合闸。

3.3 手动回路调试

手动回路调试主要涉及机械部分的调试和电气自动化元件信号的调整。

3.3.1 机械部分

（1）首先检查各连接管路是否存在漏焊或缺焊的情况、连接是否正确、各连接处的密封垫是否加入、管卡是否稳固等情况。

（2）安全阀安全值的调节：一般在组合阀上面有几个测量仪表接头，这时可以找一根高压连接软管，一端接到上面的接口上，另一端接压力表，然后开启油泵，使其开始空载一段时间，然后将组合阀与压力油罐之间的球阀关闭，使之与压力油罐分开，然后加载，看表的压力变化同时听安全阀是否动作，然后注意观察安全阀全开时的压力，操作过程中当安全阀没动作则需马上开启球阀。

（3）待安全阀安全值设定以后，逐步对压力油罐和压力油管进行升压，分段实验压力为：1.6 MPa、3.2 MPa、4.8 MPa 和6.3 MPa，分别检查各管路是否有渗漏现象。

（4）在满足开启球阀的前提下调节开关球阀的时间，通过调节接力器换向阀两端的螺母来调节其过流面积的大小，从而调节开关球阀的时间，开关球阀的时间均设置为70 s（厂家提供的参考值为60 s～90 s）。

3.3.2 电气自动化元件部分

（1）电磁控制信号确认：按下控制柜相应按钮，电磁阀线圈插头指示灯正确，并确认电磁阀动作正确。然后将电磁阀插头正确安装于电磁阀上。

（2）球阀工作密封及检修密封信号：往球阀的排油口注入压力油（约2 MPa），观察工作密封和检修密封退出信号是否正确；排出压力油，按下工作密封投入按钮，看工作密封投入信号是否正确，手动开启检修密封投入的阀门，看检修密封投入的信号是否正确。确认信号无误后再将工作密封和检修密封退出。

（3）球阀接力器锁锭：手动按钮操作球阀接力器锁锭投入与退出，动作正确。检查接力器锁锭位置开关动作正确，指示灯指示正确。

（4）球阀全开全关：开启球阀主供油阀，检查工作密封和检修密封位置（退出状态）。开启球阀，检查球阀全开信号正确。然后关闭球阀，确认球阀全关位置信号正确。

（5）旁通阀的全开全关：手动操作旁通阀全开和全关，检查信号是否正确。

（6）压力油罐压力开关的调节。

压力罐压力开关1PS（启主泵信号）：下降至6.0 MPa，动作正确。

压力开关2PS（启备泵和事故低油压消除信号）：下降至5.7 MPa，动作正确。

压力开关3PS（停泵、停补气阀和高压报警消除信号）：升至6.3 MPa，动作正确。