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研究与探索Research and Exploration ·工程技术与创新
中国设备工程 2023.05 （下）
水电站大型进水球阀的密封分为工作密封和检修密封，结构为压力油推动或水压推动、轴向移动的不锈钢密封环（装在阀体上）与活门进行刚性挤压以实现封水。工作密封在水轮机正常关机或紧急停机时使用，检修密封则仅在水轮机需检修检查时投入。在需要打开机壳进入门或配水管进入门，而球阀上游保持水压的条件下，则应同时投入工作密封及检修密封，且投入手动锁定，以保证工作人员的安全。
华山沟水电站工程开发任务是以发电为主，兼顾下游减水河段生态环境用水，无防洪、灌溉要求，为四川巴郎河水电开发有限公司在巴郎沟流域上开发的“一库2级电站”的上级电站。华山沟水库为中型水库，具有年调节性能，水库总库容1496万m 3，水正常蓄水位为2700m，死水位2658m。坝址多年平均流量7.81m 3/s，发电引用流量为19.48m 3/s，设计水头415m，升压水头512m，装机容量为72MW（2×36MW），年利用小时4042h，多年平均发电量为2.91亿kW·h。
华山沟水电站球阀检修密封和工作密封原采用与球阀接力器共用油压装置的压力油推动操作方式，在实际运行中，多次发生压力水经密封环无压腔泄漏进入球阀油压装置回油箱，造成回油箱油液乳化更换、机组
被迫停运事故，既造成了发电经济损失，也造成了球阀频繁检修的经济损失。针对华山沟球阀密封实际情况，提出并组织实施了球阀检修密封和工作密封推动操作方式技术改造为油控水推动控制方式。
1 技术改造前华山沟水电站球阀密封状况介绍
华山沟电站进水球阀型号为QF600-WY-130，设计水头500m，升压水头600m，允许过流量：12m/S，采取阀体斜分半结构的球阀，上游侧设检修密封，下游侧设工作密封，均采用金属接触密封，两种密封均采用活塞式结构。球阀工作密封环和检修密封环采用压力油推动操作方式，回油直接进入球阀油压装置回油箱。
华山沟电站在2016年3月2F 球阀、2016年4月1F 球阀相继发生球阀油压装置回油箱进水事故造成机组停运，检查发现，这两次事故原因均是球阀工作密封泄漏压力水进入无压腔，泄漏水沿油管路流至回油箱，再从回油箱溢出。2016年12月底，2F 球阀再次发生球阀回油箱进水事故，这次事故原因为球阀检修密封漏水。
华山沟水电站球阀密封推动控制方式技术改造
李刚
（四川蜀道清洁能源集团，四川 成都 610041）
摘要：本文针对水电站大型进水球阀密封推动控制方式技术改造的过程进行分析和总结，希望给遇到同类型问题的同行提供参考和
帮助。
关键词：球阀密封；控制方式；技术；华山沟水电站
中图分类号：TV738 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2023）05（下）-0218-03
以上三次回油箱进水事故，由于正在枯水期和检修期没有造成发电经济损失，但球阀工作密封或检修密封漏水进回油箱造成每次损失透平油约2桶（180升/桶），并且检修更换球阀密封环密封条必须对引水隧洞排空，造成整个电站机组全停，停机检修既造成发电量损失，也造成频繁非计划检修，社会影响和经济损失较大。2 技术改造方案的选择与设计
针对华山沟水电站球阀实际情况，借鉴其它水电站球阀密封推动控制方式，决定采用油控水阀的方式对华山沟水电站球阀密封推动方式进行技术改造。2.1 采用油控水阀方案的优势
球阀密封推动控制方式采用油控水阀从压力钢管取压力水推动密封环，油控水阀的操作仍由现有的球阀机械控制柜相应控制电磁阀操作，操作油管路直接改为接入油控水阀，这样就避免了更改控制程序，有效利用现有设备。由于球阀密封推动采用压力水后，油水分离，泄压回水直接排入排水沟，就从根本上
根治了回油箱进水事故的发生；同时，密封推动采用压力水后，在极端情况下即使出现密封胶条磨损或损坏造成压力水泄漏，仍可将球阀带病运行到正常申请检修停机处理或在不影响安全的情况持续运行到检修期再处理，对机组安全和发电效益无影响。
2.2 技术改造基本条件的具备
由于球阀密封推动采用压力水后，水会造成普通钢件接触面锈蚀，故密封环和对应密封面必须是不锈钢件，经检查华山沟水电站球阀密封环为0Cr13Ni5Mo 不锈钢件，球阀本体与密封环接触面均为堆焊不锈钢后加工的，故判断已经具备技术改造的基本条件。2.3 密封环最小操作压力计算和计算结论
球阀密封在投入时，投入腔压力动能需大于球阀密封工作面水压才能确保密封环正常关闭，这就需要计算密封环投入最小操作压力。
如图1密封环示意图所示，华山沟电站球阀密封环投入侧外直径1491mm，密封环投入侧高度70mm，密封环密封面外直径1411mm，密封环密封面高度30mm。球阀阀前水压P1在4～4.5MPa。
计算密封环投入腔作用面积S1：
S1=圆周率×(外圆半径的平方-内圆半径的平方）
=3.14×｛（1491÷2）2-（1351÷2）2｝=312335.8mm2，
计算密封环密封面作用面积S2：S2=圆周率×(外圆半径的平方-内圆半径的平方)=3.14×｛（1411÷2）2-（1351÷2）2｝=130090.2mm2，计算阀前水压P1在最大水压4.5MPa和最小水压4.0MPa时投入密封环所需的最小操作压力P：P
max
=（阀前水压×密封环密封面作用面积）÷密封环投入腔作用面积=（4.5×130090.2）
÷312335.8=1.87MPa，P
min
=（阀前水压×密封环密封面作用面积）÷密封环投入腔作用面积=（4.0×130090.2）÷312335.8=1.67MPa。
根据计算结果，在采用阀前取水供密封环操作时，需要的最小操作压力在1.67～1.87MPa，所以技术改造后操作取水压力在4～4.5MPa之间完全满足密封环最小操作压力的需要。
勾海峰2.4 技术改造前球阀密封推动控制方式
技术改造前，球阀密封推动控制方式图2所示，通过球阀机械控制柜内电磁阀控制压力油直接操作球阀检修密封和工作密封的投入和退出。这种控制方式在密封
图2 技改前球阀密封控制管路示意图
2.5 技术改造后球阀密封推动控制方式说明
技术改造后，球阀密封控制管路示意图3可以看出，球阀机械控制柜电磁阀只控制油控水阀的动作，球阀工作密封和检修密封通过钢管测压取水阀取压力水推动密封环动作，压力油与压力水通过液控水阀进行隔离。2.6 设备材料选择
表1
序号名称型号数量备注1油控水阀YSF/2-14-5/6.54台单机2台2过滤器高压双级精细过滤器2套单机1套3无缝钢管φ1450m
4无缝钢管φ1020m
5变接焊接头φ32变φ148个
6高压不锈钢阀门两头带φ14焊接活头14个
7焊接式管接活头M14x1.530个
8焊接式管接头M10x1.020个
9
焊接直角弯头活
接头
φ1420个
10
焊接直角弯头活
接头
φ1020个
图1 密封环示意图
图3 技改后球阀密封控制管路示意图
技术改造后球阀密封油控水阀安装现场照片
控制方式的技术改造是成功和有效的。
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 8564-2003，水轮发电机组安装技术规范[S],2003.09.
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化.GB/T14478-2012大中型水轮机进水阀门基本技术[S],2012.11.
华山沟水电站《φ1.3ｍ球阀安装使用维护说明书》.
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