高水头大型球阀的设计要点

张芳　姚文革

摘 要：随着抽水蓄能电站机组容量的增加，水头的增大，高水头大型球阀在球阀结构、刚强度以及球阀的制造、组装和试验等方面都具有极大的设计和制造难度。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，是目前国内已发电抽水蓄能电站里单机容量最大的。本文以仙居项目球阀为依托，介绍了高水头大型球阀的设计要点。

关键词：高水头大型球阀；设计要点；合螺栓型式

中图分类号：TK73 文献标志码：A

0 前言

随着国内外水轮机制造技术的发展，对进水阀的质量要求越来越高，尤其是高水头的机组，球阀的性能对机组的安全稳定运行起着至关重要的作用。

1 高水头大型球阀的打压方式

仙居进水阀是由哈电自主研发设计的，是国内自主设计制造且已发电项目里的水头最高、设计难度最大的球阀（设计水头784m，球阀直径2.6m）。球阀设计压力7.7MPa，阀体试验压力11.55MPa，活门试验压力9.24MPa。仙居球阀打压试验方式如图1所示，高水头电站球阀在做打压试验时，因试验压力较高，可能会使阀体合缝面、阀体与上下游法兰把合面因间隙过大而使法兰面密封漏水。

哈电在仙居球阀打压试验过程中，不断总结经验，在仙居球阀试验方法的基础上研究出了高水头球阀的试验方法，为保证阀体上下游法兰面最终加工尺寸，减少试验过程中法兰面变形带来的不良影响，在阀体上下游法兰面精加工前做阀体活门强度试验，试验后再将法兰面加工到最终尺寸，保证阀体与上下游法兰面的配合尺寸；在活门试验过程中，以前的试验方法是将产品密封座当做打压闷头使用，这样会对密封座表面造成很大损伤而且也没有必要，为减少密封座表面接触应力，采用工具密封座参与活门强度试验后即可避免此问题，在活门试验之后，再换成产品密封座做活门密封试验，可大大降低密封座接触应力，减轻密封座损伤程度。

2 球阀上下游法兰面咬合型式

在仙居3#球阀车间压力试验过程中曾出现异常响声问题，为了分析3#球阀产生异响的原因，哈电通过加速度传感器的振动传递法来寻找异响声源，并用百分表监测上下游法兰径向位移。通过对3#球阀多次试验，哈电分析球阀异常声响是来自球阀上下游法兰与阀体法兰的接触面，是由于接触面径向变形不同步而产生相对摩擦导致的。随着球阀反复拆装和打压次数增多，上下游法兰和阀体之间的相对滑移和摩擦使法兰面产生一定磨损，增加了表面粗糙度和不均匀度，增大了法兰面的摩擦系数，增强了产生声发射的能量，因此会发出较大能量的声响。

对于高水头水泵水轮机球阀，上下游法兰的径向相对位移量随着压力升高而增大，产生此类问题的可能性也随之增大。哈电在仙居球阀压力试验过程中不断分析和总结，最终找到了声响和径向变形之间存在的关系，并在后续项目上改进了球阀上下游法兰结构，在球阀阀体与上下游法兰，上游连接管、伸缩节与上下游法兰之间设置止口，此结构能有效控制法兰之间的相对位移，从而减小发生异常声响的可能，法兰面止口结构如图2所示。

3 球阀合缝面把合螺栓型式

仙居球阀设计水头高，制造难度大，如何合理的分半尤为重要，为了保证阀体刚度，控制阀体合缝面变形量，保证法兰面密封性能，阀体采用大小半结构，由大瓣的前阀体和小瓣的后阀体把合而成，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，合缝面采用双排螺栓把合型式。在材料选择上，两半阀体均采用了铸钢制造，在保证铸件质量的前提下，各向同性的材料性能使阀体和法兰更为坚固，合缝面联接螺栓结构如图3所示。

结语

目前仙居球阀目前已成功投运，在研制过程中，哈电在高水头大型球阀的结构设计、刚强度分析、制造工艺、试验方法、安装等方面，取得了丰富的经验和成果，为后续產品提供可靠的技术保障打下了良好的基础。

参考文献

[1]马凤.高转速水轮机球阀双密封试验研究[J].哈尔滨：大电机技术，2000（6）：52.