水輪機用復合密封結構球閥

　　介紹了水輪機進(jìn)水球閥的主要零部件性能、工作原理和新型復合密封副的結構特點(diǎn)及特性。

1、概述

　　水輪機是水力發(fā)電過(guò)程中的原動(dòng)力。為了保證水輪機安全和可靠的運行，水輪機的入水口處均裝設有進(jìn)水閥門(mén)。閥門(mén)上游與壓力鋼管連接，下游與水輪機進(jìn)水蝸殼連接。一方面在水輪機及發(fā)電機組檢修時(shí)通過(guò)該閥切斷壓力鋼管內的水流，保證檢修的安全，另一方面在水輪機及發(fā)電機出現異常時(shí)可有效切斷水流，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為這樣可以有效防止事故的發(fā)生。

2、技術(shù)參數

　　公稱(chēng)直徑500 mm

　　公稱(chēng)壓力10. 0 MPa

　　殼體強度試驗壓力15. 0 MPa

　　密封試驗壓力11. 0 MPa

　　密封型式復合密封( 金屬密封+ 軟密封)

　　操作型式電動(dòng)

3、結構性能

　　水輪機進(jìn)水球閥( 圖1) 主要由主閥、驅動(dòng)裝置、旁通管路、上游湊合節、下游伸縮節、鎖定裝置、支撐裝置及配套裝置等組成。

　　主閥部分包括閥體、球體、閥桿及閥座等，操作采用電動(dòng)裝置，旁通管路包括旁通閥、檢修閥、鋼管和彎頭等。旁通管路閥門(mén)開(kāi)啟后，平衡上下游壓差，避免在全壓差下啟閉主閥出現水錘現象，以及有效地降低主閥的操作轉矩。上游湊合節用于閥門(mén)與上游端壓力鋼管進(jìn)行連接，連接方式通常為焊接。下游伸縮節包括伸縮節插管與活套法蘭兩部分，用于閥門(mén)與下游水輪機進(jìn)水蝸殼連接，連接方式為法蘭連接。通過(guò)伸縮節的方式，一方面可方便對閥門(mén)進(jìn)行檢修維護，另一方面可適應由于溫度、壓力的變化造成的管道軸向膨脹或收縮。鎖定部分主要包括上

　　游檢修密封鎖定及接力器鎖定，主要用于防止由于誤操作帶來(lái)的閥門(mén)誤動(dòng)作，保證系統的安全性及可靠性。支撐部分包括主閥底座或接力器底座( 帶接力器時(shí)) 。底座通過(guò)地腳螺栓安裝于混凝土支墩上，用于支撐閥門(mén)的重量。配套部分包括PLC 控制柜和液壓站，用來(lái)控制閥門(mén)的驅動(dòng)部分，為驅動(dòng)裝置提供動(dòng)力源，并使閥門(mén)按照預先設定的程序進(jìn)行動(dòng)作。

圖1 球閥

4、復合密封副

　　球閥采用金屬- 復合密封( 金屬密封+ 軟密封) 的密封副，即球體采用金屬密封面，閥座采用丁腈橡膠或氟橡膠嵌入閥座支承圈中，同時(shí)在閥座支承圈密封面接觸處堆焊硬質(zhì)合金，組成復合密封，與球體接觸達到密封的效果( 圖2) 。球閥的初始密封比壓靠閥座支承圈后部的彈簧建立。

圖2 復合密封閥座

　　由于多數水電站的水質(zhì)泥沙含量較高，如果進(jìn)水球閥采用軟密封結構，密封面的磨損較大，減少進(jìn)水球閥的使用壽命。如果進(jìn)水球閥采用金屬密封結構，其密封效果達不到要求。采用復合密封副既能減少密封面磨損，延長(cháng)閥門(mén)使用壽命，又能達到良好效果。當含泥沙的介質(zhì)把軟閥座沖刷損壞后，堆焊了硬質(zhì)合金的密封面同時(shí)會(huì )繼續與球體密封面接觸，起到緊急密封作用( 圖3) 。

　　在出口端，球閥在正常工作狀態(tài)下，手動(dòng)檢修球閥處于常開(kāi)位置，電動(dòng)旁通球閥處于常關(guān)位置，水通過(guò)伸縮節的旁通管路進(jìn)入球閥中腔，因此球閥的中腔始終充滿(mǎn)壓力水，并且通過(guò)閥體和閥座支承圈之間所設置的溝槽進(jìn)入閥體和閥座支承圈和彈簧座之間。由壓力水形成的壓力將閥座支承圈和閥座一起推向球體，使閥座壓緊在球體上從而達到密封。

圖3 支承圈密封面與球體接觸

　　在進(jìn)口端，由于球閥在正常工作狀態(tài)下，同樣球閥的中腔始終充滿(mǎn)壓力水。因此，進(jìn)口端密封副兩側的壓力是平衡的，閥座和球體之間的密封比壓僅僅是彈簧施加的預緊力，這個(gè)力一般很小。當需要檢修出口端的密封副時(shí)，首先關(guān)閉球閥，此時(shí)球閥中腔已無(wú)壓力，通過(guò)設在中體底部的排污閥泄掉中腔積水。壓力鋼管中的壓力水作用在進(jìn)口端，將閥座支承圈和閥座一起推向球體，使閥座壓緊在球體上從而達到密封。

5、結語(yǔ)

　　在水電站中采用復合密封結構的球閥可以實(shí)現完全密封，同時(shí)也延長(cháng)了球閥的使用壽命。