淺談瀑布溝水電站的典型閥門應用

李其源，葉亞林，湯文楨

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304）

淺談瀑布溝水電站的典型閥門應用

李其源，葉亞林，湯文楨

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304）

閥門是水電站各管路系統不可缺少的重要附件。根據不同的需要，合理采用不同型式不同功用的閥門，能使其應用達到最佳效果。著重介紹了瀑布溝水電站油水氣管路系統中典型閥門的性能、結構及應用情況，對水電站主要閥門類型的選用具有一定的參考意義。

閥門；典型；應用；水氣系統；閘閥；蝶閥；球閥；水控閥

0 概述

瀑布溝水電站裝設6臺額定容量為600 MW的混流式水輪發電機組，總裝機容量3 600 MW。為保證水輪發電機組運行的安全穩定，其輔助系統也必須安全可靠。瀑布溝電站水輪發電機組油水氣輔助系統，包括機組技術供水系統、滲漏排水系統、檢修排水系統、透平油系統、絕緣油系統、中壓氣系統、低壓氣系統、機組強迫補氣系統、大壩機械油水氣系統等。依據不同的需要，在輔助系統中選用了多種型式的閥門，發揮著不同的性能功用。

1 閥門的應用及需求

（1）閥門安裝在各種管路系統中，用于控制流體的壓力、流量和流向，具有截斷、調節、導流、防止逆流、穩壓、分流或溢流泄壓等功能。由于流體的壓力、流量、溫度和物理化學性質的不同，對流體系統的控制要求和使用要求也不同，所以閥門的種類和品種規格非常多，正確的使用閥門，是實現閥門的密封性能、強度性能、調節性能、動作性能和流通性能的關鍵所在。不同的閥門按是否需要操縱外力分為自動閥門和驅動閥門兩種，但如按結構特征、用途、操縱方式，公稱壓力、介質工作溫度、閥體材料、公稱通徑、與管道的連接方式等區分，則分類繁多。

（2）瀑布溝水電站的各管路系統，結合電力生產的不同需要，對閥門的需求各不相同。從大的系統分類，有冷卻、潤滑用的透平油系統、液壓啟閉設備高壓操作用油系統和絕緣散熱用的絕緣油系統，有機組技術供水系統和廠房檢修、滲漏排水系統、清潔水系統以及消防用水系統，有制動用氣、圍帶密封用氣、檢修用氣和中壓強迫補氣系統，按介質的不同，可分為油、水、氣三種，按工程壓力又有0.3 MPa、0.5 MPa、0.7 MPa 、2.0 MPa、6.3 MPa、25 MPa 等不同壓力等級，按工程通徑有大至800 mm、小至1/2″的不同，按功能有切斷用、止回用、調節用、分配用、安全用、排污用、放空用等，都對管路及其閥門附件提出了不同的需求。

2 典型閥門的應用實踐

瀑布溝電站油水氣管路系統采用的閥門種類及規格較多，從普通閘閥到水輪機圓筒閥，本文不一一羅列，僅就使用數量多、結構型式及用途特殊的典型閥門在瀑布溝電站的應用，作以簡單介紹。

（1）閘閥也叫閘板閥，它的閉合原理是閘板密封面與閥座密封面高度光潔、平整一致,相互貼合,可阻止介質流過。閘閥的啟閉件是閘板，閘板的運動方向與流體方向相垂直，閘閥只能作全開和全關,它在管路中主要起切斷作用，不能作調節和節流。它的優點是：流體阻力小,啟閉省勁,可以在介質雙向流動的情況下使用,沒有方向性,全開時密封面不易沖蝕,結構長度短,不擾流、不降低壓力，形體簡單，結構長度短，制造工藝性好，適用范圍廣。閘閥的缺點是：密封面之間易引起沖蝕和擦傷，維修比較困難，外形尺寸較大，開啟需要一定的空間，開閉時間長，結構較復雜。

圖1 閘閥

瀑布溝電站上導、下導、水導軸承及推力軸承油冷卻系統管路所采用的閥門多為閘閥，起到關斷流體介質的作用。閘閥通過閥門頂端的螺母以及閥體上的導槽，將旋轉運動變為直線運動,也就是將操作轉矩變為操作推力。但在運行時，閥門開度位置只能靠閥桿伸長的多少粗略判斷。實際使用時，是以閥桿的頂點作為標志，即開不動的位置，作為它的全開位置。為考慮防止溫度變化出現鎖死現象,通常在開到頂點位置上,再倒回半圈,作為全開閥門的位置。因此,閥門的全開位置，按閘板的位置（即行程〉來確定。

（2）蝶閥也叫蝴蝶閥，顧名思義，它的關鍵性部件好似蝴蝶迎風，自由回旋。蝶閥啟閉件是一個圓盤形的蝶板，在閥體內繞其自身的軸線旋轉，旋角的大小,便是閥門的開閉度，蝶閥全開到全關通常是小于90°。蝶閥和蝶桿本身沒有自鎖能力，為了蝶板的定位，要在閥桿上加裝蝸輪減速器。采用蝸輪減速器，不僅可以使蝶板具有自鎖能力，使蝶板停止在任意位置上，還能改善閥門的操作性能。蝶閥的優點是：啟閉方便迅速、省力、流體阻力小，可以經常操作，結構簡單輕巧，體積小，重量輕，可以做成很大口徑，調節性能好。蝶閥的缺點是：使用壓力和工作溫度范圍小，密封性較差。

瀑布溝電站技術供水系統所采用了很多規格的蝶閥，包括機組和主變技術供水泵取水管路的大口徑蝶閥和機組各部軸承冷卻系統大小蝶閥。因各部軸承發熱和用油不同，其需要的冷卻水也就不盡相同，故合理調節各冷卻系統用水量也就很重要了。此外，蝶閥還可配備電機實現電動操作，參與機組開停機流程控制，大大提高了自動化控制程度。

圖2 蝶閥

（3）球閥是用帶有圓形通道的球體作啟閉件，球體隨閥桿轉動實現啟閉動作的閥門。球閥的啟閉件是一個有孔的球體，繞垂直于通道的軸線旋轉，從而達到啟閉通道的目的。球閥主要供開啟和關閉管道和設備介質之用。球閥主要優點是：適用于經常操作，啟閉迅速、輕便，流體阻力小，結構簡單，相對體積小，重量輕，便于維修，密封性能好，不受安裝方向的限制，介質的流向可任意，無振動，噪聲小。但球閥不能用作節流，且大小受限制。

圖3 球閥

瀑布溝調速器和圓筒閥油壓系統所采用多種規格的球閥。此油壓系統壓力高，閥門主要用做檢修作業和事故時的隔離，很少用做調節作用，故要求有很高的密封性和可靠性。油壓系統調節閥門（調速器主配壓閥）采用專業廠家閥門，設計精密，制造工藝嚴格，精度很高。控制回路更多采用組合電磁閥控制。

（4）截止閥的啟閉件是塞形的閥瓣，密封面呈平面或錐面，閥瓣沿流體的中心線作直線運動。截止閥開啟時，閥瓣的開啟高度為公稱直徑的25%～30%時，流量已達到最大，表示閥門已達全開位置。所以截止閥的全開位置，應由閥瓣的行程來決定。截止閥主要優點是：結構簡單，制造和維修比較方便，工作行程小，啟閉時間短，密封性好，密封面間摩擦力小，壽命較長。主要缺點是：流體阻力大，開啟和關閉時所需力較大。截止閥不適用于帶顆粒、粘度較大、易結焦的介質。

圖4 截止閥

瀑布溝電站中壓及低壓氣系統采用的閥門就是截止閥。氣系統不僅壓力高，管路長，且有時需根據需要適當調節流量。截止閥具有一定的方向性，密封性好，可以很好的隔斷氣流。

（5）水控閥是利用系統自身的水壓控制閥門的開關，它是由一個主閥及其附設的導管、導閥、針閥、球閥和壓力表等組成。水控閥分為隔膜型和活塞型兩類。其工作原理相同，都是以上下游壓力差△P為動力，由導閥控制，使隔膜（活塞）液壓式差動操作。水控閥完全由水力自動調節，使主閥閥盤完全開啟或完全關閉的狀態。

圖5 水控閥內部結構

水控閥內部結構如圖五所示。當進入隔膜（活塞）上方控制室內的壓力水被排到大氣或下游低壓區時，作用在閥盤底部和隔膜下方的壓力值就大于上方的壓力值，將主閥閥盤推到完全開啟的位置。當進入隔膜（活塞）上方的控制室內的壓力水不能排到大氣或下游低壓區時，作用在隔膜（活塞）上方的壓力值就大于下方的壓力值，所以就將主閥閥盤壓到全關位置。當隔膜（活塞）上方控制室內的壓力處于入口壓力和出口壓力中間時，主閥閥盤就處于調節狀態，其調節位置取決于導管系統中的針閥和可調導閥的聯合控制作用。可調導閥可以通過下游的出口壓力并隨它的變化而開大或關小其自身的小閥口，從而改變隔膜（活塞）上方控制室的壓力值，控制方閥閥盤的調節位置。

瀑布溝技術供水系統總出口閥就采用水控閥，檢修滲漏排水泵出口閥也采用水控閥，中壓氣機冷卻水控制閥也是微型水控閥。水控閥常常和電磁閥組合使用，提高自動控制性能。

（6）圓筒閥不是標準意義上的閥門，而是水輪機的一種新型進水閘門，它裝設于固定導葉與活動導葉之間，代替在壓力管道上裝設的蝶閥或球閥。水輪機圓筒閥自1962年用于真機以來，通過一些中小水輪機的應用實踐，逐步得到了完善。圓筒閥全關時密封性能良好，對多泥沙電站，用以停機時保護導水機構免遭間隙空化與泥沙磨損。圓筒閥全開時縮入頂蓋與座環形成的腔內，下端面與頂蓋平齊，不產生水頭損失。當機組產生飛逸時，可動水關閉圓筒閥，以保護機組免遭損壞。圓筒閥包括閥體、操作接力器、同步機構三大部分。圓筒閥具有尺寸大、剛度差、制造及安裝要求高等特點。

3 問題與改進

瀑布溝電站閥門規格和種類繁多，各具特點，發揮了不同的功用。但在使用過程中，也存在一定的問題，主要有：一是大型水電工程建設中，設備采購分別招標采購，存在同型式同規格不同生產廠家供貨的問題，致使備品的準備增加了難度；二是個別系統管路閥門配置不夠合理，有流量調節需要卻未配置有相應流量調節的閥門；三是個別系統配置的閥門存在電動和液壓不同型式的閥門，規格不統一；四是個別閥門存在質量問題,投入使用不久后就出現關閉不嚴的問題。因此，對于新投產電站，需要針對以上情況進行相應的整改治理，優化配置，合理選型，正確使用，發揮不同型式閥門的功用。

4 結束語

科學選用閥門，有效發揮其功用，是水電站設計、建設期的一項重要工作。維護、使用好各型閥門，使其發揮良好作用，并維持其較長的使用壽命，是水電站后期運行管理的一項長期工作。瀑布溝電站各型閥門的應用，需要在實踐中多積累經驗，并不斷的完善和改進。

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1672-5387（2010）06-0063-03

2010-10-08

李其源（1984-），男，助理工程師，從事水電站運行維護工作。