摘要：本文介绍了柳洪水电站作为高水头多泥沙电站，其球阀的结构和特点，并介绍了运行过程中出现的问题，以便于在相似电站设计机组球阀时借鉴和思考。
关键词：高水头；机组球阀；结构特点；存在问题
柳洪水电站位于凉山彝族自治州美姑县境内美姑河干流，是美姑河干流一库五级电站的第四级，为高水头引水式水电站，引水隧洞长10.218km，装机容量3×60MW，年发电量8.45亿kW.h，水库具有日调节性能，2007年8月三台机组相继投入商业运行。
1球阀基本参数
柳洪水电站机组球阀系通用电气亚洲水电设备有限公司设计制造，球阀主要技术参数如下：
型号：QF510-WY-130
最高静水头：389.7m
阀门升压水头：51Om
阀门开启、关闭时间：60～150ｓ
阀门全关时的漏水量：0.1L/min
接力器容量：527.4kN-m（缸径Ф420）
油压设备：HYZ-2.5-4.0-KFD（4.OMPa）
操作电源：AC38OV/22OV；5OHz
控制电源：DC22OV
2柳洪水电站机组球阀的作用
柳洪水电站机组球阀装设在水轮机蜗壳进口处，其主要作用如下：
(1）机组停机检查或检修水轮机时，关闭球阀，截断水轮机进水。
（2）机组停机时截断水流，以减少导叶漏水及因漏水造成的间隙空蚀损坏，防止机组蠕动，同时可避免导叶漏水量增大而不能停机的问题。
（3）机组调速系统出现故障，机组转速升高到事故停机整定值时，动水紧急关闭球阀，截断水流，防止事故扩大。
3柳洪水电站机组球阀结构特点
柳洪水电站球阀安装于水轮机蜗壳上游，系液压操作，卧轴布置，上游接压力钢管，下游联接水轮机蜗壳并设有伸缩节。球阀由阀体、活门、前后止漏环、轴承、轴端密封等组成。为避免阀门长期关闭时泥沙淤积在阀体底部，造成开启过程中的磨损和增加开启时的操作力矩，在阀体底部设有Ф50排沙孔，且该排沙孔也能在轴承密封检修时排去阀体内积水。活门为整体铸钢件，活门和阀轴为同一整体，全开位置时活门通径与进水接管内径相同。安装于活门上的固定密封环均为可拆卸结构，固定密封环采用不锈钢制成，以延长使用寿命。轴承采用钢背自润滑轴衬，轴承两侧均设有密封，内侧密封主要是防止泥沙污物进入轴承摩擦表面，封水密封位于轴承的外侧，采用U型密封圈，并在外侧安装有挡尘圈。
球阀设有前后两个密封，分别设置在球阀的上、下游侧。上游为检修密封，下游为工作密封。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆检修密封和工作密封的止漏环均采用不锈钢材料，其所对应的阀体内表面采用铝青铜堆焊层。止漏环和阀体密封腔在结构上形成上下两侧压力腔，通过进入不同压力腔的压力油来推动止漏环的投入与退出。当止漏环推向活门上的固定密封环并与之相接触就形成密封。检修密封和工作密封均采用压力油进行操作。检修密封止漏环采用手动控制。正常工作时，检修密封不投入，只有在检修时才投入。检修密封投入后，对检修密封止漏环加以锁锭。工作密封止漏环采用油压控制。止漏环的底部两侧都设有冲沙孔，冲沙孔应定期开启。
旁通管路由手动检修阀、弯管和Ф15Omm液压针形阀组成，液压针形阀上游侧的手动检修阀在机组正常运行时为常开阀，用于检修液压针形阀时切断水流。液压针形阀用于球阀开启时向阀后充水平压。在进水接管和伸缩节之间跨接有测压管路，其中包括差压控制器、压力表和手动阀门。差压控制器用来提供活门前后的压差信号作为阀门的开启条件。
球阀采用一只直缸摇摆式接力器进行操作。接力器通过转臂与阀轴相联接，整个机构安装、使用方便。接力器操作油管采用高压软管。活塞与缸体间采用组合式密封圈，能对密封面的磨损进行自动补偿，效果良好。活塞杆与接力器缸盖之间采用U型密封圈，以及防尘圈。接力器缸盖上方安装有手动锁锭机构，检修时或长期停机时手动锁锭应投入，把接力器活塞杆与缸体上方的端盖连接在一起，使接力器无法开启，从而达到锁锭目的。
4存在的问题
柳洪水电站作为高水头多泥沙电站，机组球阀设计选型时虽然考虑了高水头多泥沙的因素，但经过近一年的运行，也出现了一些由于高水头多泥沙带来的问题。
（1）旁通液压针阀磨蚀严重
柳洪水电站三台机组球阀旁通液压针阀运行至7个月开始，均出现针阀漏水的现象，随着机组运行时间的增加，其漏水量不断增大，其中2、3号机组球阀旁通液压针阀已呈现为喷水状。经对2#机组针阀的解体检查发现，针阀内两道盘根均已损坏，盘根槽出现严重磨损，针阀排水孔处出现严重磨蚀现象。由此可见柳洪水电站机组球阀旁通液压针阀的设计和材料不满足耐磨蚀的要求，需要从结构和材料上考虑，提高其抗磨蚀的能力。
（2）球阀密封环磨蚀严重
柳洪水电站三台机组球阀经过一年的运行，均出现停机时投入球阀工作密封后，球阀漏水量仍很大的现象，经检修时对三台机组球阀检查发现，三台机组球阀工作密封止漏环和密封环在球阀底部方向圆周三分之长度有严重的磨蚀现象，已达不到规定的止水效果，必须予以更换，圆周其它三分之二的长度表面良好。因柳洪水电站泥沙含量大，机组停机后在球阀投入工作密封时，止漏环和密封环在圆周下部将有沉积的泥沙，因柳洪水电站泥沙硬度高，导致两止漏环和密封环接触面的损坏，长期将在运行和停机过程中因挤压损坏和磨蚀损坏，导致止漏环和密封环磨蚀严重。
（3）球阀检修密封油水互串
柳洪水电站球阀油压装置工作油压为3.6～4.0MPa，球阀工作密封、检修密封和液压旁通阀的控制均是其提供压力油，运行过程中，由于液压旁通阀油水密封盘根损坏，导致油水互串，而球阀前水压可达3.7～3.9MPa，当阀前水压大于油压时，导致水串入油压装置回油箱而使透平油乳化不能使用。另球阀检修密封的止漏环与其阀体内表面间隙过大，在检修密封投入时，当阀前水压大于油压时，导致水串入油压装置回油箱而使透平油乳化不能使用。
5结语
柳洪水电站为高水头高转速多泥沙电站，其球阀在设计时已考虑了抗磨蚀因素，但由于柳洪水电站泥沙含量大且硬度高，球阀工作密封和检修密封及旁通液压阀因磨蚀均出现了不同程度的损坏，经过仅一年的运行，就需更换，可见仍需对相应的部件的结构或材料进行研究，以提高其抗磨蚀能力，缩短检修周期。
作者简介：
雷胜阳，男，四川广安人，工程师，从事水电厂运行工作。
论文作者:雷胜阳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/17
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