關 威 李 季

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

引言

馬來西亞沐若水電站安裝有4 臺豎軸混流式水輪發(fā)電機，單機容量236 MW，頻率為50 Hz，額定轉速300 r/min，由兩條引水隧洞經(jīng)岔管分別向4 臺機組供水（一洞兩機）；壓力鋼管與水輪機經(jīng)球閥進行連接，安裝在蝸殼進口和鋼管之間的球閥擔負著機組正常停機及事故停機截斷水流的作用，同時，在機組檢修時間，球閥擔任阻隔壓力鋼管的水進入廠房，保證機組檢修安全可靠進行。

1 球閥的工作原理及技術特性

1.1 球閥工作原理

球閥設置在壓力鋼管與水輪機蝸殼進口段之間，作為機組正常停機和事故停機截斷水流的設備。球閥由活門、轉臂及上、下游兩道密封等組成。在機組需供水時，油壓裝置驅動接力器，接力器帶動轉臂旋轉活門，水流通過活門內腔流入蝸殼，保證機組運行需要。當機組需停機或者機組出現(xiàn)事故時，接力器帶動轉臂關閉活門，關閉后，通過油壓裝置投入球閥密封，起到截斷水流的作用，使機組安全停機或進行機組檢修工作。

1.2 球閥技術參數(shù)

球閥型號：QF429-WY-300；公稱直徑：Ф 3 000 mm；最大靜壓：3.29 MPa；最大升壓：4.29 MPa；最大流量：86.6 m3/s；開啟時間：（60～90）s；關閉時間：（60～90）s；旁通閥直徑：Ф 300 mm；自動空氣閥直徑：300 mm；接力器直徑：Ф 500 mm；接力器行程2 291 mm；接力器數(shù)量：2；操作油壓：6.3 MPa。

1.3 球閥結構特性

整個球閥主要由上游連接管、球閥本體、伸縮節(jié)、接力器、旁通管路、空氣閥、蝸殼排水閥、球閥基礎及球閥油壓裝置等組成。球閥結構為臥軸、雙密封（一個工作密封和一個檢修密封），液壓操作，可以在不拆開閥體的條件下檢修和更換密封件。

上游連接管留有出廠試驗配割余量和現(xiàn)場配割余量，確保壓力鋼管與球閥順利連接。在球閥下游側與蝸殼之間設有伸縮量為30 mm 的套筒式伸縮節(jié)，伸縮節(jié)在球閥密封出現(xiàn)問題時可以拆除，在不拆除球閥本體的情況下進行密封的更換。旁通管路主要作用是在球閥開啟前往蝸殼里充水，實現(xiàn)球閥前后平壓的作用。

2 球閥安裝工藝特點及難點

2.1 安裝工藝流程

球閥安裝工藝流程見圖1。

圖1 球閥安裝工藝流程

2.2 施工準備

（1）安裝工器具及吊裝設備：重型平板拖車、廠房橋機（350 t）、50 t 汽車吊和千斤頂?shù)瘸Ｓ霉て骶摺?/p>

（2）球閥基礎和接力器基礎安裝樣點經(jīng)放置。

（3）埋件二期坑清理。

（4）進行技術交底工作。

2.3 球閥基礎安裝

（1）球閥基礎埋件、接力器基礎埋件及基礎板的支架安裝，支架采用16#槽鋼或16#工字鋼制作，支架水平及高程采用電子水準儀及千分尺配合測量控制，支架頂端高程偏差控制在0.3 mm 以內。

（2）基礎板吊裝：采用廠房橋機將基礎板吊裝到對應的安裝支架上，采用記號筆將基礎板加工面上廠家標注的基礎板安裝控制方位樣沖眼標識清楚。

（3）基礎板安裝調整：①采用鋼琴線將測量放置的控制方位點連接為安裝控制線。根據(jù)安裝控制線，采用線錘和角尺將基礎板方位樣沖分別調整到位。②利用球閥基礎板調平螺栓和接力器基礎板調平螺栓對基礎板的水平進行調整，采用電子水準儀及千分尺作為測量工具，測量基礎板的各項幾何尺寸，使基礎板尺寸滿足設計要求。③基礎板安裝控制要求，高程±1.5 mm，方位偏差±3 mm，水平1 mm/m。④基礎板安裝就位后，加固基礎板及其錨桿，然后將球閥固定螺栓和接力器固定螺栓旋入，防止混凝土澆筑時將螺紋孔堵塞，待驗收合格后將螺桿部分涂上黃油，然后再用布包裹嚴實做好防護，澆筑第二期混凝土。⑤對基礎板的再次調整：二期回填完成后，再次檢查各基礎板的方位控制尺寸及工作面水平，若基礎板的尺寸、水平出現(xiàn)超標情況，則對應進行適當調整，加固后進行三期混凝土澆筑，澆筑過程中派專人進行監(jiān)測。

2.4 球閥主體安裝

（1）球閥安裝前，應確保球閥基礎混凝土強度已達到設計要求，蝸殼和球閥前壓力鋼管均已安裝完畢，球閥上、下游側的壓力鋼管或蝸殼管口露出混凝土墻面的長度必須保證安裝和焊接時有足夠的操作空間。

（2）清洗和復測：對球閥基礎板進行清洗，然后用框式水平儀對其平面度進行復測，若超標，則需對基礎板進行打磨處理。

（3）檢查確認具備球閥的安裝條件以后，在球閥基礎板上標示出球閥就位樣線，然后用廠房橋機（350 t）吊裝球閥主體至球閥基礎板上，檢查球閥位置線與控制樣點偏差是否符合相應要求，若超標，采用千斤頂進行適當調整，直到球閥位置符合要求。

（4）球閥安裝時，沿水流方向的中心線，應根據(jù)蝸殼及壓力鋼管的實際中心確定，安裝偏差不大于3 mm；橫向中心線（上、下游位置）偏差不大于10 mm。

（5）球閥定位：閥門水平和垂直度測量偏差應不大于1 mm/m，可測量主閥進、出口法蘭端面。

（6）球閥安裝尺寸符合要求后，將閥體和基礎板的固定螺栓穿入，按照圖紙要求對螺栓涂上潤滑油和螺紋鎖固膠，然后按擰緊力矩（地腳螺栓上的螺母，球閥座上的螺母擰緊力矩均為1 300 N·m）要求進行擰緊。

2.5 上游連接管安裝

（1）安裝前應看清設備編號，以及法蘭外圓上的對準線標記,并一一對應準備安裝。

（2）配割上游壓力鋼管筒體及焊接坡口，如有需要在焊接前必須先根據(jù)實際情況對坡口進行修整，修整完成后進行坡口打磨，經(jīng)PT 檢驗合格后進行后續(xù)處理，對于焊縫坡口間隙超標或坡口大小不均勻的現(xiàn)象，需對坡口兩側進行堆焊處理，確保在正式焊接前坡口形式、間隙及尺寸符合要求，坡口處理完成后進行打磨并做PT 檢查，確保堆焊部位不存在缺陷。再精確測量上游壓力鋼管和球閥上游面間的距離（四個方向均需測量），然后對上游連接管進行現(xiàn)場配割（坡口處理方法同上游側壓力鋼管的處理方法），安裝上游連接管與球閥法蘭上的密封圈,安裝時可添加適量的潤滑油脂，以方便密封件的定位安裝?，F(xiàn)場配割剖口如圖2 所示。

圖2 現(xiàn)場配割剖口示意圖

（3）采用適當?shù)妮o助支承以保證上游連接管定位后穩(wěn)定可靠，裝上兩法蘭上的定位銷,均勻擰緊法蘭上的螺柱、螺母。

（4）上游連接管與壓力鋼管出口定位,將上游連接管和壓力鋼管出口定位，修正焊接坡口符合設計要求。（過流面錯邊不應超過板厚的10%，但最大錯牙不應大于2 mm）。調整完成后對焊縫進行加固及定位焊接，方法如下：焊縫坡口處理完成后在鋼管外管壁4個軸線方向焊接4 塊加強板，加強板尺寸為30 mm×300 mm×150 mm，加強板在環(huán)縫位置開R50 mm 過焊孔。加強板焊接時須進行預熱，焊前先按要求定位焊，首先應對定位焊周圍寬150 mm 用烘槍進行預熱，定位焊預熱溫度為100℃左右，定位焊在小坡口一側，定位焊距縱向焊縫端部30 mm 以上，長度100 mm 以上左右，間距（100～400）mm，厚度為8 mm，背縫氣刨清根時清除定位焊縫。

（5）上游連接管和壓力鋼管接口對接施焊。在焊前應將坡口及其兩側50 mm 范圍內的熔渣、鐵銹、油垢、水跡清除干凈，焊接過程中嚴格按照對稱焊接，可安排2～4 名焊工均布后同時順時針或逆時鐘進行焊接，同時控制好各自的焊接速度，保證各自焊接長度及厚度基本一致，焊接過程中嚴格控制線能量，焊接過程中實施多層多道焊，焊接接頭錯開25 mm 以上，并且每層焊道厚度不超過5 mm，為保證焊接質量，必須將每層每道焊縫的熔渣、飛濺等清除干凈方可進行焊接。

（6）拼裝完成后對焊縫進行打磨光滑，然后對其做探傷檢查，UT，MT，PT 分別按ASME 第8 卷附錄12，6，8 進行，探傷合格后對其進行補漆處理。

2.6 伸縮節(jié)安裝

（1）安裝前應核對設備編號,以及法蘭外圓上的對準線標記,將下游伸縮節(jié)調至最短尺寸，拆除固定拉桿。

（2）安裝好下游伸縮節(jié)與球閥連接法蘭上的密封圈(進口方向)，安裝好下游伸縮節(jié)與蝸殼連接法蘭上的密封圈(出口方向)。

（3）采用適當?shù)妮o助支承以保證下游伸縮節(jié)定位后穩(wěn)定可靠。

（4）按對應標識安裝下游伸縮節(jié)，裝上球閥和下游伸縮節(jié)之間的定位銷并均勻擰緊下游伸縮節(jié)兩端法蘭上螺柱、螺母。

（5）伸縮節(jié)與下游側蝸殼鋼管的連接：按上游側連接管與壓力鋼管的安裝方法進行。

2.7 接力器安裝

（1）安裝前檢查接力器行程是否符合設計要求。

（2）接力器的基礎板和底座的安裝，應根據(jù)活門在全關正確位置時，搖臂連接銷孔的實際位置來確定；基礎板的位置偏差不大于3 mm。接力器安裝后水平或垂直度偏差不應大于1 mm/m，底座高程偏差不超過±1.5 mm，銷軸連接應保證關節(jié)軸承轉動靈活。

（3）接力器吊裝定位時應保證活塞處于全關位置行程終點，以保證液壓鎖定能投入及拔出靈活可靠。

（4）將接力器就位到基礎板上后對其進行微調，然后擰入接力器座和基礎板間的固定螺栓和地腳螺栓的螺母，按照要求對螺栓涂上潤滑油和螺紋鎖固膠，然后按擰緊力矩（地腳螺栓上的螺母，接力器座上的螺母擰緊力矩均為2 300 N·m）要求進行擰緊，然后連接接力器和球閥的搖臂。

2.8 旁通管、空氣閥安裝

旁通管的作用主要是為了在球閥開啟前向蝸殼充水，平衡球閥前后的壓力。旁通閥為液壓針型閥，針閥的針頭和密封座由不銹鋼材料制造。旁通閥在關閉位置有自關閉的趨勢，以防止旁通閥關閉腔沒有油壓時，旁通閥在水壓的作用下打開，并在其上下游各設置了一個檢修用手動球閥?？諝忾y設置在伸縮節(jié)鋼管頂部最高點，其可在蝸殼排水時補入空氣，并在蝸殼充水時排出空氣，為了空氣閥的檢修，還在下面設計了一個不銹鋼球閥。

2.9 油壓裝置系統(tǒng)安裝

油壓裝置型號為YZ-8-6.3，采用分離式結構，由壓力油罐和回油箱兩部分組成，需要分別安裝，之間采用不銹鋼鋼管連接。控制裝置配有油泵啟動柜兩套和油壓裝置控制柜一套。油壓裝置設有控制和保護設施，滿足機組自動控制的要求。

（1）油壓裝置的基本參數(shù)。工作油壓：6.3 MPa；壓力罐總容積：8.0 m3；工作介質：L-TSA46 號汽輪機油和壓縮空氣；罐內油容積：2.7 m3；回油箱總容積：10 m3；箱內油容積：5.0 m3；6.3 MPa 時油泵輸油量：548 L/min；油泵和電機轉速：1 450 rpm；電機泵組型號：Y280M-4V1；電源：415 V AC 50 Hz；電機功率：90 kW；系統(tǒng)油溫：（5～50）℃。

（2）壓力油罐：壓力油罐由壓力油罐本體和安裝在罐體上的壓力表、壓力開關、壓力變送器、旁路液位計、空氣安全閥、自動補氣裝置和管路等組成。

壓力油罐是由鋼板焊接而成的蓄能器，壓力油罐側面開設進人門，以便于檢修和清理。內裝LTSA46 汽輪機油和壓縮空氣，其比例為1∶2。

壓力油罐的安裝：將壓力油罐轉運至相應安裝位置，微調讓其落在基礎板上，調整壓力油罐位置，使其位置偏差在5 mm 以內，然后在其四個方向分別掛上線錘調節(jié)其垂直度，保證其垂直度在1 mm/m之內，驗收合格后穿入地腳螺栓，進行混凝土的二次澆注。

壓力油罐上的壓力表：用于罐內壓力的指示。壓力表安裝在從油罐總供油管上的分管上面，和壓力油罐的壓力開關和壓力變送器在一條線上，讀數(shù)時簡單而且管路配制美觀。

壓力開關：壓力開關安裝在由油管底部引出的一根不銹鋼管上面，能在預設壓力下分別發(fā)出信號，用于啟停油泵或自動補氣。

壓力變送器：壓力變送器能根據(jù)壓力罐內的壓力實時的輸出對應的（4～20）mA 信號以反映壓力值。

液位計：直接安裝在壓力油罐上面，出罐體后用法蘭連接，上下分別有一球閥，便于控制、安裝和拆卸。

空氣安全閥：空氣安全閥安裝于壓力油罐上，可防止壓力油罐內壓力過高，是壓力油罐最后一級保護。在油罐內壓力達到預設壓力7.18 MPa 時排氣以降低壓力。安全閥安裝前必須經(jīng)具有安全閥校核資質單位進行校核，運輸過程中必須做好防護，保證其穩(wěn)定，避免劇烈的震蕩而影響校核的安全值。安全閥的排氣口朝向空曠的地方，確保安全閥動作時對人員不產(chǎn)生傷害，安全閥一旦動作，必須重新進行校核。

自動補氣裝置：自動補氣裝置是根據(jù)壓力油罐內的油位和壓力使壓力油罐實現(xiàn)自動補氣。當壓力油罐內的油位達到正常油位的上限而壓力又低于6.1 MPa 時，則自動補氣控制回路使補氣裝置動作，向壓力油罐輸送壓縮空氣，直到壓力油罐內的壓力達到正常油壓上限（6.3 MPa），或者油面降到正常油壓下限時，由自動補氣控制回路自動發(fā)出信號停止補氣，補氣使用的壓縮空氣氣源應經(jīng)過過濾及除濕處理。

（3）回油箱：回油箱的由回油箱箱體、兩套電機泵組、液位計、閥門和管路附件等組成。

回油箱箱體：回油箱是由鋼板焊接而成，箱內由鋼板和濾油網(wǎng)（2 層）分隔為臟油區(qū)和凈油區(qū)，箱頂開設進人門，以便于檢修和清理。回油箱箱體的安裝：將回油箱轉運至安裝位置，調節(jié)其位置偏差，控制在5 mm 以內，再調節(jié)其垂直度偏差，使回油箱垂直度偏差控制在1 mm/m 內，然后穿入地腳螺栓，進行二期混凝土的澆筑。

卸荷安全閥：又稱組合閥，由卸荷閥、安全閥、單向閥組成，是電機泵組的核心組成部分。卸荷閥：卸荷閥的作用為油泵啟動時減輕泵組啟動過程中的壓力和振動，短時內將泵管路內部空氣和壓力油排回回油箱，經(jīng)一定時間后，控制柜動作卸荷安全閥上的加載、卸載電磁閥的加載側線圈，關閉卸荷閥，油壓很快上升，向罐內打入壓力油。當泵組停止時控制柜動作加載、卸載電磁閥的卸載側線圈，以備下一次啟動。安全閥：該閥用于防止壓力罐及輸油管路壓力過高。當油泵出口壓力低于安全閥設定值下限值時，安全閥全關，油泵的泵油全部輸入壓力罐，當壓力開關及系統(tǒng)發(fā)生故障導致油泵未能及時停止時，油泵出口油壓將升至6.35 MPa 時安全閥開啟，油泵輸出的部分油流回回油箱，當壓力繼續(xù)升高到6.45 MPa時，安全閥全開，油泵輸出的油將由安全閥全部返回到回油箱，壓力罐內油壓不再上升以保證系統(tǒng)安全。單向閥：又稱止回閥，其作用是防止壓力罐內的壓力油倒流，避免造成油泵反轉及罐內壓力下降。

液位計：磁翻柱液位計可供觀察回油箱內的油位，并輸出（4～20）mA 的模擬量至控制系統(tǒng)，且在油位處于設定值時發(fā)出電氣信號。磁翻柱液位計的安裝是從油箱上配焊了兩個法蘭（哈電出廠前已完成），液位計的上下也是帶有法蘭的，他們的中間各自連接一個球閥，便于液位計的安裝、拆卸和控制透平油的通斷。安裝磁翻柱液位計前應注意上面浮子的狀態(tài)是否正確，無油段為白色，有油段為紅色，若不正確，可以用一個弱磁性的磁鐵在液位計顯示板上輕輕滑動，讓浮子處于正常狀態(tài)（因為在運輸過程中震蕩或浮子受到外界磁場的作用浮子的狀態(tài)發(fā)生了改變，導致浮子狀態(tài)顯示錯誤）。

（4）管路的安裝。對于管路的安裝位置偏差控制在5 mm 內，水平度偏差控制在1 mm/m 內，垂直度偏差1 mm/m 內即可，對于所有的油管必需采用氬弧焊進行焊接，管路安裝前必需拆卸下來進行清洗后再進行安裝。

3 球閥調試流程（圖3）

圖3 球閥調試流程

3.1 外觀檢查

球閥調試前進行外觀檢查，球閥控制柜外觀整潔無破損，電氣接線完整，管路配制完整。

3.2 實驗前調整、準備

將電磁閥線圈插頭全部拔下、將送至LCU（現(xiàn)地控制單元）信號接線全部解開、保證工作密封和檢修密封都處于退出狀態(tài)，將球閥控制柜轉換開關SA置于手動位置。檢查斷路器1QF、2QF、3QF 的2、4端子，無短路現(xiàn)象；檢查1QF、2QF 的1,3 電源正確，將斷路器合閘。

3.3 手動回路調試

手動回路調試主要涉及機械部分的調試和電氣自動化元件信號的調整。

3.3.1 機械部分

（1）首先檢查各連接管路是否存在漏焊或缺焊的情況、連接是否正確、各連接處的密封墊是否加入、管卡是否穩(wěn)固等情況。

（2）安全閥安全值的調節(jié)：一般在組合閥上面有幾個測量儀表接頭，這時可以找一根高壓連接軟管，一端接到上面的接口上，另一端接壓力表，然后開啟油泵，使其開始空載一段時間，然后將組合閥與壓力油罐之間的球閥關閉，使之與壓力油罐分開，然后加載，看表的壓力變化同時聽安全閥是否動作，然后注意觀察安全閥全開時的壓力，操作過程中當安全閥沒動作則需馬上開啟球閥。

（3）待安全閥安全值設定以后，逐步對壓力油罐和壓力油管進行升壓，分段實驗壓力為：1.6 MPa、3.2 MPa、4.8 MPa 和6.3 MPa，分別檢查各管路是否有滲漏現(xiàn)象。

（4）在滿足開啟球閥的前提下調節(jié)開關球閥的時間，通過調節(jié)接力器換向閥兩端的螺母來調節(jié)其過流面積的大小，從而調節(jié)開關球閥的時間，開關球閥的時間均設置為70 s（廠家提供的參考值為60 s～90 s）。

3.3.2 電氣自動化元件部分

（1）電磁控制信號確認：按下控制柜相應按鈕，電磁閥線圈插頭指示燈正確，并確認電磁閥動作正確。然后將電磁閥插頭正確安裝于電磁閥上。

（2）球閥工作密封及檢修密封信號：往球閥的排油口注入壓力油（約2 MPa），觀察工作密封和檢修密封退出信號是否正確；排出壓力油，按下工作密封投入按鈕，看工作密封投入信號是否正確，手動開啟檢修密封投入的閥門，看檢修密封投入的信號是否正確。確認信號無誤后再將工作密封和檢修密封退出。

（3）球閥接力器鎖錠：手動按鈕操作球閥接力器鎖錠投入與退出，動作正確。檢查接力器鎖錠位置開關動作正確，指示燈指示正確。

（4）球閥全開全關：開啟球閥主供油閥，檢查工作密封和檢修密封位置（退出狀態(tài)）。開啟球閥，檢查球閥全開信號正確。然后關閉球閥，確認球閥全關位置信號正確。

（5）旁通閥的全開全關：手動操作旁通閥全開和全關，檢查信號是否正確。

（6）壓力油罐壓力開關的調節(jié)。

壓力罐壓力開關1PS（啟主泵信號）：下降至6.0 MPa，動作正確。

壓力開關2PS（啟備泵和事故低油壓消除信號）：下降至5.7 MPa，動作正確。

壓力開關3PS（停泵、停補氣閥和高壓報警消除信號）：升至6.3 MPa，動作正確。

壓力開關4PS（補氣閥開啟信號）：下降至6.1 MPa，動作正確。

壓力開關5PS（事故低油壓信號）：下降至5.1 MPa，動作正確。

壓力開關6PS（高壓報警信號）：上升至6.45 MPa，動作正確。

（7）液位開關的調節(jié)。

壓力油罐液位開關1LS1（高油位信號）：680 mm，動作正確。

壓力油罐液位開關1LS2（偏高油位信號）：645 mm，動作正確。

壓力油罐液位開關1LS3（偏低油位信號）：455 mm，動作正確。

壓力油罐液位開關1LS4（低油位信號）：400 mm，動作正確。

回油箱液位開關2LS1（高油位信號）：550 mm，動作正確。

回油箱液位開關2LS2（偏高油位信號）：430 mm，動作正確。

回油箱液位開關2LS3（偏低油位信號）：300 mm，動作正確。

回油箱液位開關2LS4（低油位信號）：150 mm，動作正確。

3.4 自動回路調試

（1）DI/DO 信號確認。

（2）自動控制試驗。臨時短接導葉全關信號X02-27，28。模擬遠方開啟球閥命令，進行球閥開啟試驗。球閥全開后，模擬球閥遠方關閉命令，進行球閥關閉試驗。拆除導葉全關信號X02-27,28，然后模擬球閥事故關閉試驗。

（3）在壓力鋼管充水后進行自動開關球閥試驗。

（4）模擬在事故停機下的動水關球閥試驗。

4 調試注意事項

（1）由于在壓力鋼管充水前工作密封和檢修密封無法退出，所以只能借助往球閥排油腔注入壓力油來實現(xiàn)工作密封和檢修密封的退出，要想保持密封的退出狀態(tài)則需要排油腔一直帶壓，所以工作密封或檢修密封投入試驗前，必須先將排油腔的壓力油排出，否則可能導致密封損壞。

（2）由于本套油壓裝置沒有閉鎖的功能，所以球閥開啟的操作順序必需正確，正常關閉球閥的狀態(tài)下（檢修密封處于開啟狀態(tài)）操作順序為：旁通閥的開啟—→鎖錠的拔出—→工作密封退出—→球閥開啟—→旁通閥關閉。

（3）由于球閥的鎖錠管路中有一段高壓軟管，同時球閥閥體上面還布置有一些傳感器的電纜，所以在前幾次開啟和關閉球閥時應有人進行觀察，看球閥接力器在開啟的過程中拐臂是否會影響到高壓軟管、電纜等。

（4）多次手動操作球閥無誤后，即可在壓力鋼管充水后對球閥進行有水調試。

（5）在進行壓力鋼管充水前，應將球閥的工作密封和檢修密封投入，然后在球閥基礎板上安裝兩塊（球閥左右各一塊）百分表來監(jiān)測充水過程中球閥的徑向位移量。