摘要：介绍DN1400大型自关闭式球阀的结构设计特点，以及球阀试验检验项目。
关键词：球阀、水压试验、密封试验、动作试验
概述
一、 DN1400大型自关闭式球阀主要用于大型水利工程上，球阀的基本设计参数如下：
阀门通流直径：1400mm；工作介质：水；工作状态静水头：570米；设计净水头：673米；水压试验压力水头：1010米；设计流量：15立方米每秒；设计遵照标准为ASME B 16-47；阀体两主法兰间距离：2124mm；DN1400大型自关闭式球阀的主要特点为：一是自关闭功能：在失去外界驱动油压的情况下，在重锤重力作用下球阀可以自行关闭；二是主密封检修便利：在不排空上游侧压力钢管中压力水的情况下，关闭阀门检修密封装置，可以对阀门主密封装置进行检修。
球阀结构介绍
二、球阀由上游侧连接管、球阀、下游侧连接管、旁通管路系统、执行机构、电气控制系统和基础部件组成。
阀体
2.1阀体为整体铸造结构，下游侧口径大，便于活门的安装，下游侧主法兰连接密封法兰及下游侧连接管。最下方安装阀门和排水管；最上方安装了阀门和排气管。
旁通管辂
2.2 球阀设有旁通管路，阀门开启前旁通管路打开可以平衡阀门上下游两侧的压力，保护球阀主密封装置及减小开启力矩。
双密封装置
2.3阀门密封形式为双移动式密封装置，既阀门上游侧和下游侧各带有一道密封装置。
阀门上游侧密封装置为检修密封装置，由设置在阀体上游侧法兰内的固定式密封环、移动式密封环、密封座、密封件以及设置在活门上的固定式密封环组成。下游侧密封装置为球阀主密封装置，由设置在下游侧主法兰上的固定式密封环、移动式密封环、密封座、密封件以及设置在活门上的固定式密封环组成。
执行机构
2.4阀门两侧支臂连接两个压力油缸，依靠外界压力油推动压力油缸实现球阀的开启和关闭。
当失去外界压力油的情况下，阀门依靠两个重锤重力可以自关闭。通过调节压力油缸油路调节阀门可调节阀门关闭时间为250秒至540秒，开启时间为250秒至540秒。压力油系统油压为80bars至120bars
活门
2.5活门为整体铸造结构，不带阀轴，通流直径1400mm。通过螺栓和定位销套与阀轴和支臂连接固定。
阀轴
2.6阀轴材料为马氏体不锈钢锻件，阀轴为活门提供支撑和传递转动力矩。阀轴上有8个贯通的轴向孔，通过8件螺栓连接活门和支臂。通过其中4个孔中的4件定位销套与活门定位。通过另4个孔中的4件定位销套与支臂定位。阀门带有两个不锈钢套和导轴承支撑活门旋转，导轴承为自润滑形式的轴承瓦。
锁定装置
2.7密封锁定装置
在球阀上游侧密封装置处设有锁定装置。当关闭上游侧密封装置对下游侧密封装置进行检修的过程中，该锁定装置将上游侧移动密封环锁定在关闭位置，防止误操作或者驱动移动密封环的水失压后造成上游侧密封装置泄露。在阀体和支臂上设有锁定销和锁定销孔，对应阀门全开和全关位置。锁定销上还设有安全销。
限位开关
2.8在阀轴上设有两个限位开关，分别对应活门全开和全关的位置；从移动密封环引出一个机械装置将移动密封环的位置指示传递到阀体外面，并设置两个限位开关，分别对应移动密封环的全开和全关位置。
指示装置
2.9活门位置指示装置，在阀轴外则装有位置指示装置。
控制装置
2.10 电气控制柜、压力油控制柜、压力水控制柜。
试验检验
三、试验项目包含耐压、密封和开关试验。
耐压试验
3.1.将两个试验盖用螺栓装配到阀门两侧法兰上。阀门上游侧移动式密封环处于开启状态，下游侧处于开启状态。拆下两道密封座中间腔和背面腔的排水孔堵塞。拧紧两道密封座中间腔和背面腔的排气孔堵塞。阀门内注满水。阀门内的空气通过阀门顶部的排气孔全部排放干净。阀门内的水压逐渐升高，直至达到试验压力。
试验参数：耐压试验压力：100bar；保压时间：60分钟。验收标准：不得有泄漏
下游侧密封装置密封试验
3.2.这项试验必须逐项检查下面的检验项目：
上游侧移动密封环处于开启位置；下游侧移动密封环背腔接通压力水；下游侧移动密封环背腔注满水；下游侧密封环背腔内的空气通过法兰顶端的排气孔排除干净。下游侧密封环背腔压力升高至试验压力的一半；下游侧移动密封环背腔内的压力推动下游侧密封环移动与活门接触上；通过行程显示装置对下游侧密封座的移动行程进行检测，并确定行程限位开关的安装位置；通过下游侧试验盖上的防水孔将阀门内活门和试验盖之间下游侧腔体内的水排出；当下游侧腔体内的压力降低时，阀体内的压力保持试验压力不变。在下游侧试验盖上设置了压力降低时检测密封泄露量的检测管。
试验参数：下游侧密封装置试验压力：73bar；保压时间：10分钟
验收标准：验收标准：EN 12266-1 D级
该试验同时要通过下游侧密封座中间腔的排水孔，测量下游侧密封中间腔和背腔间的泄漏量。
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移动密封环打开示意图
上游侧密封装置密封试验
3.3.该试验必须逐项检查下面的检验项目：
在上游侧移动密封环背腔设置了排水孔和丝堵；通过上游侧法兰上的阀门，将上游侧密封环背腔接通压力水；通过法兰顶部的排气孔将上游侧密封环背腔内的空气排干净；上游侧移动密封环背腔内的压力升高将使上游侧密封环向活门移动；在试验全过程中，阀体上游侧腔体内的压力保持在试验压力数值；检测移动密封环的移动量，以确定限位开关的安装位置；下游侧密封环背腔内的压力降低，直至达到大气压力；下游侧密封装置打开，移动式密封环不再密封；阀体内的压力降低，直至达到大气压力；检查并将上游侧限位开关设置在合适位置；通过检测下游侧试验盖上的泄漏检测管检测上游侧密封环的泄漏量；
试验参数：上游侧密封座密封试验压力：73bar，保压时间：10分钟
验收标准：EN 12266-1 D级
重点注意事项：
当上游侧密封环锁定装置工作时，永远不要降低阀门上游侧压力。在该试验过程中还需通过测量上游密封环中间腔排水管泄漏水量来检验上游侧移动密封环背腔和中间腔的密封。
开关试验
3.4.动作试验按照以下步骤执行：
检查上下游侧移动密封环是否都打开；拆除执行机构锁定销；打开压力油缸的控制阀门，接通压力油源；注意控制阀必须小开度，驱动执行机构缓缓移动；压力油驱动压力油缸活塞杆移动；检查活门的转动中心线是否与上下游法兰中心线保持垂直状态，活门与阀门内腔是否存在干涉情况；通过改变压力油系统的调整孔板，调整压力油缸下降速度，记录活门关闭时间；进行几次活门关闭试验，并记录活门关闭时间，调整活门关闭时间满足设计要求。在开关试验过程中确定所有限位开关的安装位置，并试验检查在开启和关闭位置时的反馈信号。
小结
四、DN1400大型自关闭式球阀在结构上设计两道活门密封，保证良好的密封性能、同时检修密封给主密封得检修提供了便利，延长了球阀得大修周期；压力油缸执行机构执行球阀的开启和关闭，并通过调整压力油缸两端的孔板调节活门开启和关闭时间，以满足设计要求；在支臂上设有重锤，以实现在失去压力有源情况下，球阀在重锤作用下可以实现自关闭；在阀轴和移动密封环等多处设计了锁定装置，提高了球阀的安全性；旁通管路的设计可以在球阀开启前减小活门两侧压力，以保护移动式密封环及减小活门开启阻力；
论文作者:孙鹿
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年20期
论文发表时间:2020/1/9
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