葛洲壩電站真空破壞閥底座優化改造

楊 杰

(中國長江電力股份有限公司檢修廠，湖北 宜昌 443000)

1 葛洲壩電站真空破壞閥底座改造

葛洲壩電站機組真空破壞閥與底座采用盲孔連接(見圖1)，經多年運行及多次拆裝后存在螺栓孔螺紋銹蝕與失效現象，針對目前機組真空破壞閥出現的缺陷，計劃將盲孔螺栓連接改為通孔螺栓螺母連接；將原橡膠墊密封改為O型圈密封；割除原真空破壞閥底座重新焊接新底座，同時需保證真空破壞閥拆卸和安裝起吊空間高度。

圖1 葛洲壩電站機組真空破壞閥原連接底座

2 葛洲壩電站真空破壞閥改造方案

2.1 過渡法蘭型式

因真空破壞閥與底座直徑存在差異，使用過渡法蘭與真空破壞閥進行焊接，在過渡法蘭與底座之間加裝密封進行連接(見圖2)。

圖2 過渡法蘭型式的真空破壞閥底座

2.2 變徑法蘭型式

因采用過渡法蘭連接方式，需要將真空破壞閥與過渡法蘭進行焊接，同時不便于真空破壞閥的檢修及更換。為減少過渡法蘭帶來的工作量，采用變徑方式的真空破壞閥底座(見圖3)。

圖3 變徑法蘭型式的真空破壞閥底座

3 葛洲壩真空破壞閥底座優化方案比選

3.1 現場安裝對比

采用過渡法蘭連接方式增加了過渡法蘭與真空破壞閥焊接工作量，因法蘭的厚度較薄存在焊接變形的風險；同時假如真空破壞閥出現故障需要檢修或者更換，需要將真空破壞閥與過渡法蘭刨開。采用變徑方式的真空破壞閥底座相比而言，更便于現場真空破壞閥的檢修及更換。

3.2 通流面積計算

經計算，采用變徑法蘭的真空破壞閥底座方案(見圖4)存在通流面積不足的問題，與帶過渡法蘭的真空破壞閥底座方案比較如下：

圖4 過渡法蘭型式的真空破壞閥底座通流面積

真空破壞閥的尺寸為Φ500 mm，通流面積為：

S=π×0.52/4=0.196 m2

若采用帶過渡法蘭的真空破壞閥底座，真空破壞閥達到全行程125 mm時，通流面積為：

S1=π×0.078×(0.62/2+0.55/2)=0.143 m2

若采用變徑法蘭的真空破壞閥底座(見圖5)，真空破壞閥達到全行程125 mm時，通流面積為：

圖5 變徑法蘭型式的真空破壞閥底座通流面積

S2=π×0.013×(0.57/2+0.55/2)=0.023 m2

根據上述計算，帶過渡法蘭真空破壞閥底座的通流面積接近Φ500 mm，當量直徑能達到427 mm，不會產生節流，補氣量可滿足要求；變徑法蘭真空破壞閥底座的通流面積遠小于Φ500 mm，當量直徑只有171 mm，會導致節流，補氣量不足。故建議繼續采用帶過渡法蘭的方案設計的真空破壞閥底座。

4 葛洲壩真空破壞閥底座改造強度計算

4.1 計算說明

本報告采用有限元法(ANSYS)對改造后的真空破壞閥底座剛強度進行了計算分析，目的是檢驗該結構在改造后剛強度性能是否滿足設計要求。

4.2 基本參數

機組最大水頭H：27 m；

升壓水頭Hp：38 m。

4.3 計算模型

根據對稱條件，計算模型取整體結構的1/4，有限元采用實體單元。模型圓筒部分取240 mm長，并約束其截斷面的軸向位移，筒內部施加水壓。螺栓預緊力60.2 kN。見圖6。

圖6 計算模型

4.4 計算結果

通過計算，得出底座的應力及變形，如圖7～圖9。從圖中可知，其在升壓水頭、最高水頭下運行的應力及變形分布情況。其變形見表1。

表1 計算工況 mm

圖7 上環板密封處軸向位移分布

圖8 下環板密封處軸向位移分布

圖9 最大水頭作用的應力分布

無水壓時，最大應力330 MPa，板厚方向平均應力95 MPa。

最高水頭時，最大應力328 MPa，板厚方向平均應力95 MPa。

升壓水頭時，最大應力327 MPa，板厚方向平均應力95 MPa。

應力主要為螺栓預緊力產生的局部應力。

4.5 結論

根據計算結果，葛洲壩電站改造后真空破壞閥底座的應力和變形情況均能滿足設計要求。

5 結 語

經改造實施葛洲壩電站真空破壞閥運行安全可靠，徹底消除了真空破壞閥底座螺紋銹蝕帶來的安全隱患；同時提高了真空破壞閥底座密封的可靠性，消除了漏水隱患。該方案可為其他電站真空破壞閥底座優化改造提供借鑒參考。