福建仙游抽水蓄能有限公司 余睿

福建廈門抽水蓄能有限公司 孫領(lǐng)

抽水蓄能電站進(jìn)水球閥安裝工藝及調(diào)整

陜西鎮(zhèn)安抽水蓄能有限公司 權(quán)強 李言龍

福建仙游抽水蓄能有限公司 余睿

福建廈門抽水蓄能有限公司 孫領(lǐng)

進(jìn)水球閥作為高水頭長引水系統(tǒng)抽水蓄能電站的第一道安全保障，其安裝工藝尤為重要，以保證進(jìn)水球閥各項性能指標(biāo)。本文以仙游抽水蓄能電站為例，介紹大型進(jìn)水球閥的安裝工藝以及在安裝過程遇到的問題及調(diào)整處理措施。

抽水蓄能電站；進(jìn)水球閥；安裝工藝；接力器基礎(chǔ)

福建仙游抽水蓄能電站（以下簡稱仙游電站）裝機容量1 2 0 0 M W（4×300MW），額定水頭430 m，采用“一洞兩機”布置形式，每臺機組引水壓力鋼管與水泵水輪機之間設(shè)置進(jìn)水球閥。正常情況下球閥靜水啟閉，事故時可動水關(guān)閉球閥，以防止事故擴(kuò)大。

1 球閥結(jié)構(gòu)參數(shù)

仙游電站的球閥為臥軸布置，設(shè)有上游檢修密封和下游工作密封。在球閥與上游引水壓力鋼管之間設(shè)置一段進(jìn)水接管，下游端用法蘭與球閥本體聯(lián)接，上游端與湊合節(jié)焊接，湊合節(jié)再與壓力鋼管焊接。在球閥與蝸殼之間設(shè)置伸縮節(jié)，上游端用法蘭與球閥本體聯(lián)接，下游端與蝸殼用松套法蘭聯(lián)接。每臺球閥配2個雙作用液壓缸式接力器、1套油壓裝置及控制系統(tǒng)。在進(jìn)水接管與伸縮節(jié)之間設(shè)置旁通管路（工作旁通閥、檢修旁通閥），用于球閥開啟時上、下游平壓。球閥技術(shù)參數(shù)見表1。

2 球閥安裝工藝

2.1 球閥安裝工藝流程

球閥安裝工藝流程見圖1。

2.2 基礎(chǔ)埋件安裝

（1）復(fù)測蝸殼延伸管法蘭及引水壓力鋼管出口段垂直度、里程、中心、高程及兩者的同軸度，所有的安裝統(tǒng)一基準(zhǔn)點，以蝸殼進(jìn)口段法蘭為基準(zhǔn)，來確定球閥的基礎(chǔ)板的中心、高程。

（3）安裝球閥基礎(chǔ)螺栓，利用安裝模板調(diào)整其球閥基礎(chǔ)螺桿滿足各螺桿間的距離偏差±0.5mm；螺桿高程0～＋3mm；基礎(chǔ)螺桿與球閥中心線Y為設(shè)計值1200±2 mm；下游側(cè)螺桿2、3號到大梁中心的距離1505.37±0.5 mm。

2.3 球閥本體檢查、清掃

在球閥運抵工地現(xiàn)場，利用行車對球閥進(jìn)行翻身，翻身完成后對球閥本體進(jìn)行全面檢查。設(shè)備組合面應(yīng)光潔無毛刺，若有毛刺或高點應(yīng)先將其打磨光滑，合縫間隙用0.05 mm塞尺檢查時不能通過，允許有局部間隙，用0.10 mm塞尺檢查，深度不應(yīng)超過組合面寬度的1/3，總長不應(yīng)超過周長的20%，組合螺栓及銷釘周圍不應(yīng)有間隙，組合縫處安裝面錯牙一般不超過0.10 mm；工作密封及檢修密封的止水面接觸應(yīng)嚴(yán)密，用0.05 mm塞尺檢查時不能通過；伸縮節(jié)在安裝前要檢查幾何形狀和尺寸；將活門置于全關(guān)位置，投入檢修密封手動鎖錠來固定閥體與活門的相對位置，以免活門在安裝過程中發(fā)生轉(zhuǎn)動。

2.4 閥體安裝

由于吊物孔尺寸限制，只能先將湊合節(jié)、進(jìn)水接管和伸縮節(jié)吊入并調(diào)整好安裝位置，暫時放置在球閥基礎(chǔ)上下游空地上，最后安裝球閥基礎(chǔ)板及調(diào)整螺栓，在閥體基礎(chǔ)板平面和球閥底板上平面需相對滑動表面涂上二硫化鉬潤滑油脂，涂裝時應(yīng)避免粘上污物。將球閥本體就位，通過調(diào)整螺栓調(diào)整高程、水平使其滿足要求。

表1 球閥技術(shù)參數(shù)

圖1 球閥安裝工藝流程圖

2.5 伸縮節(jié)與進(jìn)水接管安裝

將伸縮節(jié)結(jié)合面清洗干凈，在球閥本體結(jié)合面密封槽內(nèi)涂抹黃油后安裝固定好O型密封圈，用橋機配合樓板下的吊點將伸縮節(jié)吊裝就位，并調(diào)整至正確的安裝方位，調(diào)整伸縮節(jié)與球閥本體的中心和同心度滿足要求，一般要求兩者內(nèi)壁錯牙不超過1 mm。先對稱安裝8個M90的螺栓聯(lián)接球閥本體與伸縮節(jié)法蘭并預(yù)緊至把合面無間隙（用0.05 mm塞尺檢查不能通過），安裝剩余的螺栓，然后對稱進(jìn)行拉伸，具體情況如下（拉緊螺栓時一次打壓對稱2個螺栓）：油壓1200 bar，最大1300 bar，旋轉(zhuǎn)角度27.1°，伸長量0.28 mm，弦長35.9 mm，測量處直徑153 mm。用橋機將伸縮節(jié)下游松套法蘭吊裝就位，此時不需要裝入O型密封圈，在安裝焊接湊合節(jié)時還需要將其法蘭拆除。調(diào)整球閥伸縮節(jié)間隙均勻，滿足設(shè)計要求25 mm，安裝48個M36的聯(lián)接螺栓并對稱打緊，打緊力矩為2800N· m,用0.05 mm塞尺檢查結(jié)合面不能通過。進(jìn)水接管安裝方法相同于伸縮節(jié)安裝方法，不再贅述。

2.6 湊合節(jié)下料及焊接

測量上游進(jìn)水管口至引支鋼管出口之間距離，以+X軸線為基準(zhǔn)，測量進(jìn)水管口及引支鋼管出口內(nèi)壁的周長，在各象限內(nèi)等分10個點并編號球閥上游進(jìn)水管口1、2、3、4…40，引支鋼管編號為1’、2’、3’…40’，然后量取兩者相同點之間的距離L1、L2、L3…L40做好詳細(xì)記錄，計算出壓力鋼管湊合節(jié)的切割長度。將壓力鋼管湊合節(jié)按上述方式進(jìn)行分點并測量出湊合節(jié)的實際長度，湊合節(jié)切割量L=L1＂-L1、L2、L3…L40。

其中：L1＂：湊合節(jié)實際長度；L1、L2、L3…L40：球閥至上游壓力鋼管距離。

根據(jù)上述計算值，對湊合節(jié)進(jìn)行放樣，計算尺寸中要考慮焊縫收縮量（兩側(cè)焊縫各2.5 mm）。根據(jù)放樣點采用氧乙炔手動切割湊合段，按圖紙要求對切割面開坡口、打磨，并做好切割面的中心線標(biāo)記。

尺寸測量完成后將伸縮節(jié)與蝸殼延伸管之間的可拆卸法蘭拆除，留出間隙后將球閥、伸縮節(jié)及上游延伸管同時往下游移動約7 mm，以確保在上游湊合節(jié)焊接收縮后能滿足調(diào)整空間。

湊合節(jié)配割完成后在調(diào)整時需根據(jù)蝸殼延伸管與上游引支出水口的同軸度做出相應(yīng)調(diào)整，若同軸度存在偏差可通過湊合節(jié)進(jìn)行過渡。調(diào)整完成后進(jìn)行球閥基礎(chǔ)三期混凝土澆筑，待混凝土養(yǎng)護(hù)期到后進(jìn)行焊接。

湊合節(jié)與壓力鋼管、進(jìn)水接管焊接采用手工電弧焊。焊接前在進(jìn)水接管、球閥本體、下游伸縮節(jié)法蘭位置處各架設(shè)4塊百分表，監(jiān)測變形情況。根據(jù)百分表的變化情況，通過改變焊接工藝措施和焊接參數(shù)來控制焊接變形。環(huán)縫焊接前將坡口及坡口兩側(cè)100～150 mm范圍內(nèi)清理干凈，去除鐵銹、油污、雜質(zhì)與水分，兩側(cè)坡口打磨見金屬光澤。在坡口兩側(cè)按要求均勻預(yù)熱，預(yù)熱采用遠(yuǎn)紅外加熱片進(jìn)行，預(yù)熱溫度為120～150℃，防止局部過熱。焊后保溫150～200℃/3h。環(huán)縫焊接由2名焊工同時均勻施焊，電焊條加熱300℃/2h，焊條應(yīng)保存在保溫桶內(nèi)，焊條在保溫桶內(nèi)時間不大于4小時。焊接中保持80～120℃。分段焊長度300 mm，采用分段退焊和對稱焊接法，層間溫度不超過200℃，層間用錘擊法消應(yīng)。由于球閥上游進(jìn)水接管鋼材為Q345R，壓力鋼管湊合節(jié)為600 MPa級鋼板，屬于異種鋼焊接，根據(jù)設(shè)計要求，按強度低的一側(cè)鋼板選擇焊接材料，按強度高的一側(cè)鋼板選擇焊接工藝，即按Q345R鋼板選擇焊接材料，按600 MPa級鋼板選擇焊接工藝，故湊合節(jié)兩側(cè)的焊縫工藝是一致的，只是焊接所用焊材不同。手工電弧焊接環(huán)縫時的引弧必須在坡口內(nèi)進(jìn)行。多層焊道的接續(xù)部位不準(zhǔn)在上、下、左、右中心方向相重合，應(yīng)錯開25 mm以上，多層焊接的層間接頭應(yīng)錯開。碳弧氣刨清根時的預(yù)熱溫度同焊接，應(yīng)清除打底焊道，直至露出良好的焊縫金屬為止。并進(jìn)行表面PT探傷，保證無缺陷。所有焊接完成后，采用超聲波、射線進(jìn)行無損探傷，若焊縫內(nèi)部缺陷應(yīng)用碳弧氣刨清除，重新焊接直到無損探傷滿足要求。

2.7 接力器安裝

將接力器運抵到現(xiàn)場，進(jìn)行打壓試驗檢查是否漏油、動作接力器活塞檢查動作行程是否滿足要求。將球閥接力器置于關(guān)閉，防止吊裝時活塞桿滑動。將接力器置于全關(guān)位，接力器與支座、基礎(chǔ)螺栓聯(lián)接在一起，整體吊裝就位，此時相對于球閥拐臂找正并與拐臂聯(lián)接，調(diào)整接力器垂直度，控制在1 mm/m；檢查兩接力器中心距、與球閥中心距離、基礎(chǔ)板高程等均應(yīng)滿足設(shè)計要求后，進(jìn)行臨時加固。對接力器兩腔接入臨時打壓泵，帶動球閥閥體開啟關(guān)閉至少3次，檢查球閥閥體開啟時閥體過流面有無錯牙，關(guān)閉位置接力器鎖錠應(yīng)能可靠投入退出。在接力器動作過程中檢查拐臂與閥體間間隙均勻且滿足要求。復(fù)測相關(guān)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計要求后，對接力器基礎(chǔ)螺栓、預(yù)埋基礎(chǔ)板以及球閥基礎(chǔ)進(jìn)行混凝土澆筑，澆注期間要求應(yīng)保護(hù)好接力器活塞桿，并隨時檢查接力器的垂直度。養(yǎng)護(hù)期到后，打緊接力器基礎(chǔ)螺栓到設(shè)計拉緊力矩。最終檢查接力器安裝尺寸，檢查接力器開啟、關(guān)閉能否滿足工作密封、檢修密封的工作狀態(tài)。

2.8 旁通管路及附屬設(shè)備安裝

球閥設(shè)置檢修旁通閥及工作旁通閥，用于球閥正常開啟時對球閥兩側(cè)進(jìn)行平壓。檢修旁通閥開啟腔與關(guān)閉腔同時作用油壓與水壓，使檢修旁通閥在油壓消失時閥門具有自關(guān)閉趨勢。兩閥門上均有4個鎖錠螺栓，在機組檢修時投入防止閥門誤開啟向下游側(cè)充水。在安裝前對閥門進(jìn)行耐壓試驗檢查有無滲漏，利用行車將閥門吊裝就位，調(diào)整好安裝位置安裝并對稱打緊聯(lián)接螺栓，然后對旁通管路進(jìn)行配管焊接安裝。

球閥所有管路均為不銹鋼管，采用氬弧焊對管路進(jìn)行焊接。在安裝中要注意各閥門及表計的安裝位置是否正確，便于操作和檢修維護(hù)。外觀整齊美觀，管道水平度垂直度符合要求，法蘭螺栓緊固時對稱進(jìn)行把緊，保持法蘭面平行，平焊法蘭內(nèi)外焊縫均需焊接。

3 調(diào)試

確認(rèn)球閥電氣設(shè)備全部安裝完成后，在上游引水系統(tǒng)充水前對球閥進(jìn)行無水調(diào)試，現(xiàn)地手動開啟、關(guān)閉調(diào)試球閥，檢查邏輯程序是否正確，調(diào)整程序中各項參數(shù)，調(diào)整旁通閥開啟、關(guān)閉時間，調(diào)整球閥閥體開啟、關(guān)閉時間，以及球閥全關(guān)側(cè)緩沖時間，保證以上各時間滿足機組的工況轉(zhuǎn)換時間需求。準(zhǔn)備臨時操作水源并外接手動打壓泵動作工作、檢修密封，調(diào)整球閥工作密封、檢修密封投退位置開關(guān)。球閥閥體開、閉時間及球閥全關(guān)側(cè)緩沖時間見表2。

表2 球閥閥體開、閉時間及球閥全關(guān)側(cè)緩沖時間

表3 接力器復(fù)測數(shù)據(jù)

在各項工作調(diào)整完成后，關(guān)閉球閥閥體，投入檢修、工作密封，投入檢修密封10個接力器鎖錠螺栓，將兩接力器鎖錠投入，關(guān)閉工作旁通閥、檢修旁通閥并投入相應(yīng)4個鎖錠螺栓，所有安全措施做到位后對上游引水系統(tǒng)進(jìn)行充水。

4 安裝過程中的處理

以2號機為例。球閥接力器安裝調(diào)整并開啟、關(guān)閉球閥檢查無誤后，對球閥接力器基礎(chǔ)澆筑混凝土，待混凝土養(yǎng)護(hù)到期后，重新復(fù)測檢查各尺寸，具體數(shù)據(jù)見表3。

注：面向上游左手側(cè)位左側(cè)接力器。

可見，球閥全開時閥體過流面錯牙達(dá)19 mm，同時左側(cè)接力器有約2.5 mm未至缸底，右側(cè)接力器已至缸底，球閥全關(guān)時造成左側(cè)接力器承受雙倍壓力，容易損壞接力器，同時接力器鎖錠無法正常投入。廠家標(biāo)準(zhǔn)要求過流面錯牙在±10 mm，已超出標(biāo)準(zhǔn)，需要對接力器進(jìn)行調(diào)整處理。分析判斷有可能是在澆筑混凝土過程中接力器支座出現(xiàn)位移導(dǎo)致此過流面偏差。由于工期要求，不能將接力器全部混凝土拆除進(jìn)行調(diào)整后再重新澆筑混凝土，分析所測數(shù)據(jù)，特別是考慮左、右接力器位置，具體處理步驟如下：

（1）左、右接力器在不到全關(guān)位置附近，將接力器缸體固定住以防接力器回蕩受損，防止活塞壓至下端蓋，拆除接力器與支座的鏈接銷釘；

（2）拆除左右接力器支座，清除接力器基礎(chǔ)板上混凝土；

（3）將左側(cè)接力器支座（如圖4）4個Ф52孔用Ф52的圓鋼（與支座孔等高）進(jìn)行封堵，并在原孔上游側(cè)方向距圓孔中心43 mm處打4個Ф52孔，并锪平Ф90；同時將右側(cè)接力器支座（如圖4）4個Ф52孔用Ф52的圓鋼（與支座孔等高）進(jìn)行封堵，并在原孔上游側(cè)方向距圓孔中心2 2 m m處打4個Ф52孔，并锪平Ф90；

圖4 球閥接力器支座

（4）將左、右接力器支座固定，安裝接力器與支座鏈接銷釘，將球閥全關(guān)并投入接力器鎖錠，檢查接力器鎖錠能否正常投退，測量支座與球閥接力器基礎(chǔ)板之間間隙，若有間隙加合適的金屬墊，保證結(jié)合面貼實的情況下進(jìn)行固定；

（5）開啟、關(guān)閉球閥測量相關(guān)數(shù)據(jù)并核對，重點檢查閥體過流面錯牙（實測錯牙為5 mm），各數(shù)據(jù)滿足要求并通過驗收后澆筑混凝土。

（6）通過上述方法對接力器的支座位置進(jìn)行調(diào)整，最終測量球閥活門過流面與密封過流面的垂直差為5 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

綜上，在不拆除混凝土情況下，采用該調(diào)整方法對進(jìn)水球閥接力器底座進(jìn)行微調(diào)，最終經(jīng)閥體開關(guān)試驗檢查，其安裝誤差滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時大大的縮短了安裝工期。

5 結(jié)語

球閥作為抽水蓄能電站安全保障，其安裝工期直接影響到電站建設(shè)的直線工期。通過大型抽水蓄能電站球閥安裝工藝及安裝過程中問題處理淺析，其安裝過程及最終各項數(shù)據(jù)都符合規(guī)范及設(shè)計要求，實踐結(jié)果表明通過合理的安裝工藝及處理調(diào)整，可很大程度上縮短電站建設(shè)的直線工期。

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《電力設(shè)備管理》雜志社編輯部2017.7.15