进水球阀的特点和使用注意事项

3.10.2.1 进水球阀在抽水蓄能电站中的作用

进水球阀安装在压力钢管与水泵水轮机蜗壳之间，作为机组水泵工况启动、机组调相及机组正常停机和事故停机时截断水流的设备，主要作用有：①机组检修时隔离机组与上游水道，保证检修安全与其他机组的正常运行；②当机组发生故障、调速系统拒动、导叶关闭不严时，迅速关闭主阀，截断水流，防止发生飞逸事故；③新建电站投产初期，用作未投产机组压力钢管的堵头，保证厂房安全。由于球阀处于半开状态时，压力作用在局部阀座上，可能导致阀座变形，破坏球阀密封，缩短球阀使用寿命。因此，球阀一般不用来调节流量。

《大中型水轮机进水阀门基本技术条件》（GB/T 14478—2012）中规定：“机组在任何工况下，进水阀门应能动水关闭。”因此，高水头抽水蓄能电站机组的进水球阀应能在规定的水头和扬程范围内，在最不利的运行条件和不关闭导叶的情况下可靠地动水关闭，切断水泵水轮机全部流量，而不产生强烈振动；可逆式水泵水轮机组，流量受导叶开度和机组转速双重影响。通过过渡过程计算及前期类似抽水蓄能电站项目实际操作发现：机组甩负荷时，球阀参与流量调节可以减轻水轮机工况甩负荷过程中蜗壳、导叶后转轮前、尾水管的压力脉动对机组振动的影响。因此，在机组甩负荷时，有必要让进水球阀参与流量调节。我国西龙池、惠州、蒲石河等抽水蓄能电站机组在机组甩负荷时均采用立即关闭进水球阀、导叶延时关闭的方式来改善转轮前后流量及压力振荡幅值，以降低蜗壳压力和尾水管真空度。

3.10.2.2 进水球阀结构特点

呼蓄电站引水系统采用一管两机，每台水泵水轮机蜗壳进口设置进水阀。进水阀型式为横轴双密封球阀，采用油压操作，主要组部件包括：进水阀、延伸管、伸缩节、导叶漏水量测量设备、空气阀、排水阀、油压装置、操作机构、控制设备等。电站1号、3号机组进水球阀由技术支付方阿尔斯通水电设备（中国）有限公司（以下简称ALSTOM）设计制造，2号、4号机组进水球阀由东方电机加工制造。进水球阀设计方案均由ALSTOM负责提供，东方电机根据ALSTOM提供的图纸加工制造，并进行局部的优化处理，如：枢轴密封ALSTOM采用O型密封，东方电机采用双层轴用旋转密封。

进水阀有上、下游两个移动式密封装置，密封装置可拆卸。动密封环和固定密封环均用不锈钢材料制造。固定密封环用不锈钢螺栓把合在活门上，可以方便地更换。动密封环为整体结构，设计成滑动式，当进水阀关闭后动密封环滑动压向固定密封环，开启前离开定密封环。下游侧密封为工作密封，由进水阀控制系统自动操作。上游侧密封为检修密封，由手动操作，并设有防腐蚀机械锁定装置。移动式的密封装置可提供足够的平衡压力来开启球阀，并有一定的余量，因此，取消了外部旁通系统及其附属部件以减少日常维护工作量。这种新设计的球阀已成功地应用于宝泉、惠蓄及摩纳哥的AFOURER等项目，法国电力公司（EDF）已在规范中要求推荐采用。

电站进水球阀的主要技术参数见表3.10.4。

表3.10.4　呼蓄电站进水球阀的主要技术参数

续表

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3.10.2.3 进水球阀质量控制

进水球阀质量控制分为加工质量控制和安装调试质量控制。进水球阀加工质量控制主要通过驻厂监造、出厂验收来控制；安装、调试质量保证主要通过现场管控。

（1）加工质量控制：

1）驻厂监造监管。主要机电设备采购合同签订后，公司安排了监造人员分别进驻阿尔斯通水电设备（中国）有限公司及东方电气集团东方电机有限公司，监造人员的主要工作内容包括：

a.熟悉设备采购合同条款、设备监造合同、供方质量保证体系，掌握设备制造标准，了解设备制造进度。

b.审查供方的设备生产计划和工艺方案。

c.审查分包产品试验报告并参与规定分包项目的见证试验。

d.审查设备监造合同中规定的重要部件的原材料、外购配套件、元器件、标准件及坯料的质量证明文件及检验报告，检查供方对这些项目的质量验收。

e.审查重要零部件的质量保证措施和执行情况，审查其检验计划和检验要求，确认各阶段的检验时间、内容、方法、标准以及检测手段、检测设备和仪器。

f.参加设备采购合同及设备监造合同中规定的部件试验、联动试验、总装和出厂试验等，并履行工厂见证和签证手续。

g.审查设备采购合同设备的设计修改和制造改进情况，检查和监督设备的装配过程。

h.检查设备采购合同设备出厂前的防护、维护、入库保管、包装和发货随机文件完整性等情况。

i.负责检查合同设备与外部设备间的接口的正确性。

j.填写设备监造驻厂日记，将现场检查测试情况填写设备监造测试记录，按时提交合格的设备监造月报、年报、专题报告和业主委托的其他任务报告。

k.参与设备加工进度的协调，并根据设备采购合同的执行情况，向业主提出建议。

l.在设备制造过程中发现质量问题时，立即报告业主，并通过业主要求供方进行整改、返修或返工。当发生质量失控或重大质量事故时，由现场总监及时报告业主并通过业主下达暂停制造指令，提出处理意见。

在进水球阀加工制造过程中，驻厂监造人员先后发现了排气孔加工错误、进水孔位置及数量与图纸不符、螺孔粗糙度超差、下游密封导环铝青铜堆焊面存在超标缺陷等问题。发现问题后，驻厂监造第一时间跟设备厂家沟通，分析缺陷产生的原因，采取的处理措施；缺陷处理完成后，检查处理的结果，并在周报、月报中如实记录，在一定程度上保证了进水球阀的加工质量。

2）出厂验收检验。为检验进水球阀的加工质量，在主要机电设备采购合同中明确规定了进水球阀出厂检验的内容，主要包括：耐压试验、动作试验、密封试验、渗漏试验等。2013年9月2—17日，分别在ALSTOM、东方电机进行了1号和2号机组进水球阀出厂验收试验，验收标准参照《大中型水轮机进水阀门基本技术条件》（GB/T 14478—2012），主要进行了阀体压力试验、上游活门压力试验、下游活门压力试验、下游密封试验、上游密封试验、上游机械锁定密封试验。整个试验过程，阀体及上游和下游活门没有损坏、出现有害变形或因结构缺陷导致的漏水，阀体压力试验符合设计要求，阀体压力试验验收合格，上游和下游密封试验合格，其中，渗漏试验结果见表3.10.5。

表3.10.5　呼蓄电站进水球阀上游和下游机械锁定密封试验结果

3.10.2.3 进水球阀质量控制

进水球阀质量控制分为加工质量控制和安装调试质量控制。进水球阀加工质量控制主要通过驻厂监造、出厂验收来控制；安装、调试质量保证主要通过现场管控。

（1）加工质量控制：

1）驻厂监造监管。主要机电设备采购合同签订后，公司安排了监造人员分别进驻阿尔斯通水电设备（中国）有限公司及东方电气集团东方电机有限公司，监造人员的主要工作内容包括：

a.熟悉设备采购合同条款、设备监造合同、供方质量保证体系，掌握设备制造标准，了解设备制造进度。

b.审查供方的设备生产计划和工艺方案。

c.审查分包产品试验报告并参与规定分包项目的见证试验。

d.审查设备监造合同中规定的重要部件的原材料、外购配套件、元器件、标准件及坯料的质量证明文件及检验报告，检查供方对这些项目的质量验收。

e.审查重要零部件的质量保证措施和执行情况，审查其检验计划和检验要求，确认各阶段的检验时间、内容、方法、标准以及检测手段、检测设备和仪器。

f.参加设备采购合同及设备监造合同中规定的部件试验、联动试验、总装和出厂试验等，并履行工厂见证和签证手续。

g.审查设备采购合同设备的设计修改和制造改进情况，检查和监督设备的装配过程。

h.检查设备采购合同设备出厂前的防护、维护、入库保管、包装和发货随机文件完整性等情况。

i.负责检查合同设备与外部设备间的接口的正确性。

j.填写设备监造驻厂日记，将现场检查测试情况填写设备监造测试记录，按时提交合格的设备监造月报、年报、专题报告和业主委托的其他任务报告。(www.xing528.com)

k.参与设备加工进度的协调，并根据设备采购合同的执行情况，向业主提出建议。

l.在设备制造过程中发现质量问题时，立即报告业主，并通过业主要求供方进行整改、返修或返工。当发生质量失控或重大质量事故时，由现场总监及时报告业主并通过业主下达暂停制造指令，提出处理意见。

在进水球阀加工制造过程中，驻厂监造人员先后发现了排气孔加工错误、进水孔位置及数量与图纸不符、螺孔粗糙度超差、下游密封导环铝青铜堆焊面存在超标缺陷等问题。发现问题后，驻厂监造第一时间跟设备厂家沟通，分析缺陷产生的原因，采取的处理措施；缺陷处理完成后，检查处理的结果，并在周报、月报中如实记录，在一定程度上保证了进水球阀的加工质量。

2）出厂验收检验。为检验进水球阀的加工质量，在主要机电设备采购合同中明确规定了进水球阀出厂检验的内容，主要包括：耐压试验、动作试验、密封试验、渗漏试验等。2013年9月2—17日，分别在ALSTOM、东方电机进行了1号和2号机组进水球阀出厂验收试验，验收标准参照《大中型水轮机进水阀门基本技术条件》（GB/T 14478—2012），主要进行了阀体压力试验、上游活门压力试验、下游活门压力试验、下游密封试验、上游密封试验、上游机械锁定密封试验。整个试验过程，阀体及上游和下游活门没有损坏、出现有害变形或因结构缺陷导致的漏水，阀体压力试验符合设计要求，阀体压力试验验收合格，上游和下游密封试验合格，其中，渗漏试验结果见表3.10.5。

表3.10.5　呼蓄电站进水球阀上游和下游机械锁定密封试验结果

（2）安装质量控制。进水球阀安装质量控制措施如下：

1）开箱验收。进水安装之前，由设备物资管理部门组织机电安装单位、设备厂家、监理、机电建设部参加开箱验收，检查进水球阀及其附属设备到货情况，安排缺件和损件发货事宜，确保不影响进水球阀安装进度。

2）技术交底。监理组织设备厂家现场技术服务人员、机电安装单位、机电建设部等相关单位召开技术交底专题会。在技术交底会上，由设备厂家技术服务人员参照进水球阀安装程序详细讲解进水球阀及其附属设备安装方法、步骤、需注意事项、存在的风险、应采取的预防措施等，介绍进水球阀安装检查表；并与参会人员就进水球阀安装问题进行讨论。设备厂家提供的安装检查表包括了进水球阀安装过程中需要检查的所有项目，每个检查项目对应不同的表格，表格上有对应检查部位的详图、检查内容、验收标准、推荐检测仪器、实际测量值、检查人签字栏等相关内容。

3）确定施工方案。施工方案由机电安装单位负责编写，根据技术交底专题会纪要修改后提交监理审查，监理审查通过后，报送给建设管理部门，同时要求机电安装单位根据施工方案逐步安装进水球阀及其附属设备。球阀安装的难点在于上游连接管焊接，焊接完成后球阀上游法兰面与上游连接管法兰间距误差需控制在±1mm以内。根据焊接工艺要求，上游连接管焊接前，先加热至120℃；焊接过程中需严格控制焊接电流及焊接速度，并根据上游连接管与球阀法兰间隙监测数据进行调整，由两个焊工按指定顺序对称施焊；焊接完成后消氢温度需控制在250℃，保温4h，温升与温降速度均小于40℃/h。为此，在进水球阀安装之前编制了专项质保措施，确保上游连接管割配满足设计图纸要求。

4）“三检制度”“三严制度”。进水球阀在安装过程中始终坚持“三检制度”“三严制度”，上一道工序质量不合格不能进入下一道工序，严把现场施工质量关，即道工序完成后，首先由安装班组自检、队部复检、项目部终检，最后监理及设备厂家现场技术服务人员验收，并将现场检查情况填写到安装检查表中，三方签字存档。监理在验收过程中以单元工程为基础、工序（工艺）为环节、关键点旁站、全过程跟踪的质量控制方法，坚持严格施工工艺、严格施工工序质量标准及严格开工准许的“三严制度”。

采取了以上措施后，电站进水球阀的安装质量达到优良水平，安装质量数据见表3.10.6。

表3.10.6　呼蓄电站进水球阀的安装质量数据　单位：mm

（2）安装质量控制。进水球阀安装质量控制措施如下：

1）开箱验收。进水安装之前，由设备物资管理部门组织机电安装单位、设备厂家、监理、机电建设部参加开箱验收，检查进水球阀及其附属设备到货情况，安排缺件和损件发货事宜，确保不影响进水球阀安装进度。

2）技术交底。监理组织设备厂家现场技术服务人员、机电安装单位、机电建设部等相关单位召开技术交底专题会。在技术交底会上，由设备厂家技术服务人员参照进水球阀安装程序详细讲解进水球阀及其附属设备安装方法、步骤、需注意事项、存在的风险、应采取的预防措施等，介绍进水球阀安装检查表；并与参会人员就进水球阀安装问题进行讨论。设备厂家提供的安装检查表包括了进水球阀安装过程中需要检查的所有项目，每个检查项目对应不同的表格，表格上有对应检查部位的详图、检查内容、验收标准、推荐检测仪器、实际测量值、检查人签字栏等相关内容。

3）确定施工方案。施工方案由机电安装单位负责编写，根据技术交底专题会纪要修改后提交监理审查，监理审查通过后，报送给建设管理部门，同时要求机电安装单位根据施工方案逐步安装进水球阀及其附属设备。球阀安装的难点在于上游连接管焊接，焊接完成后球阀上游法兰面与上游连接管法兰间距误差需控制在±1mm以内。根据焊接工艺要求，上游连接管焊接前，先加热至120℃；焊接过程中需严格控制焊接电流及焊接速度，并根据上游连接管与球阀法兰间隙监测数据进行调整，由两个焊工按指定顺序对称施焊；焊接完成后消氢温度需控制在250℃，保温4h，温升与温降速度均小于40℃/h。为此，在进水球阀安装之前编制了专项质保措施，确保上游连接管割配满足设计图纸要求。

4）“三检制度”“三严制度”。进水球阀在安装过程中始终坚持“三检制度”“三严制度”，上一道工序质量不合格不能进入下一道工序，严把现场施工质量关，即道工序完成后，首先由安装班组自检、队部复检、项目部终检，最后监理及设备厂家现场技术服务人员验收，并将现场检查情况填写到安装检查表中，三方签字存档。监理在验收过程中以单元工程为基础、工序（工艺）为环节、关键点旁站、全过程跟踪的质量控制方法，坚持严格施工工艺、严格施工工序质量标准及严格开工准许的“三严制度”。

采取了以上措施后，电站进水球阀的安装质量达到优良水平，安装质量数据见表3.10.6。

表3.10.6　呼蓄电站进水球阀的安装质量数据　单位：mm

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（3）调试质量控制。进水球阀安装完成后，根据审核通过的进水球阀调试方案进行调试，主要调试内容包括：球阀油压装置调试、球阀无水调试、球阀有水调试。调试标准参照《水轮发电机组启动试运行规程》（DL/T 507—2002）、《可逆式抽水蓄能机组启动试验规程》（GB/T 18482—2002）等。

调试的重点和难点在于：进水阀动水关闭试验。根据《大中型水轮机进水阀门基本技术条件》（GB/T 14478—2012）中规定：“机组在任何工况下，进水阀门应能动水关闭。”进水阀动水关闭试验成为了机组调试的一个内容。进水阀动水关闭试验的主要目的为：①验证进水阀能否在不关闭导叶的情况下，可靠的遮断水泵水轮机全部流量；②测量动水关闭时主进水阀阀体及其前后连接钢管的水压、振动等参数的变化规律和数值，从而评定进水阀动水关闭的安全性。基于以下三点考虑，呼蓄电站启委会决定暂时不进行进水球阀动水关闭试验。

1）进水球阀动水关闭试验具有破坏性。动水关球阀瞬间，由于“水击”的作用，上游水道的水流压力会产生急剧变化，压力钢管动应力可能达到静水压力的几倍甚至数10倍，球阀基础板将承受球阀惯性力与接力器动作而产生的竖向和水平向作用力，进而引起支墩结构的一系列动力响应，甚至有可能引起厂房结构产生不利振动。广州抽水蓄能电站在进行第一次进水球阀动水关闭试验过程中引起阀体及周围混凝土建筑剧烈振动，被迫中止试验。

2）目前，张河湾抽水蓄能电站、蒲石河抽水蓄能电站、惠州抽水蓄能电站及广州抽水蓄能电站进行了进水球阀动水关闭试验，试验结果均满足设计要求，且测得的数据远小于设计允许值。其中，张河湾抽水蓄能电站进水球阀轴向位移最大允许值为2.73mm，进水球阀动水关闭试验中测的最大轴向位移仅为0.536mm；广州抽水蓄能电站进水球阀动水关闭试验时测得的球阀支墩最大垂直振幅为0.014mm、最大水平振幅为0.0084mm，均远小于允许值0.2mm。

3）机组在实际运行中需要进行进水球阀动水关闭操作的几率很小，即使遇上，也有别的办法处理。除进水阀动水关闭试验未进行外，进水球阀其他调试项目均按部就班进行，1～4号机组进水球阀在调试过程中均比较顺利，未发生其他意外，进水阀各项操作顺序应正确，动作灵活可靠，到位准确，操作过程平稳，无异常振动，信号反馈无误；进水阀和伸缩节各端接密封面无渗漏现象，满足试验相关要求。进水球阀投入使用至今，运行状况良好，满足现场需求，运行安全、可靠。

3.10.2.4 安装调试问题处理

由于进水球阀需参与调节，根据ALSTOM过渡过程计算结果，进水球阀分两段关闭，通过回油箱上的阀组来实现，关闭规律如图3.10.2所示。

（3）调试质量控制。进水球阀安装完成后，根据审核通过的进水球阀调试方案进行调试，主要调试内容包括：球阀油压装置调试、球阀无水调试、球阀有水调试。调试标准参照《水轮发电机组启动试运行规程》（DL/T 507—2002）、《可逆式抽水蓄能机组启动试验规程》（GB/T 18482—2002）等。

调试的重点和难点在于：进水阀动水关闭试验。根据《大中型水轮机进水阀门基本技术条件》（GB/T 14478—2012）中规定：“机组在任何工况下，进水阀门应能动水关闭。”进水阀动水关闭试验成为了机组调试的一个内容。进水阀动水关闭试验的主要目的为：①验证进水阀能否在不关闭导叶的情况下，可靠的遮断水泵水轮机全部流量；②测量动水关闭时主进水阀阀体及其前后连接钢管的水压、振动等参数的变化规律和数值，从而评定进水阀动水关闭的安全性。基于以下三点考虑，呼蓄电站启委会决定暂时不进行进水球阀动水关闭试验。

1）进水球阀动水关闭试验具有破坏性。动水关球阀瞬间，由于“水击”的作用，上游水道的水流压力会产生急剧变化，压力钢管动应力可能达到静水压力的几倍甚至数10倍，球阀基础板将承受球阀惯性力与接力器动作而产生的竖向和水平向作用力，进而引起支墩结构的一系列动力响应，甚至有可能引起厂房结构产生不利振动。广州抽水蓄能电站在进行第一次进水球阀动水关闭试验过程中引起阀体及周围混凝土建筑剧烈振动，被迫中止试验。

2）目前，张河湾抽水蓄能电站、蒲石河抽水蓄能电站、惠州抽水蓄能电站及广州抽水蓄能电站进行了进水球阀动水关闭试验，试验结果均满足设计要求，且测得的数据远小于设计允许值。其中，张河湾抽水蓄能电站进水球阀轴向位移最大允许值为2.73mm，进水球阀动水关闭试验中测的最大轴向位移仅为0.536mm；广州抽水蓄能电站进水球阀动水关闭试验时测得的球阀支墩最大垂直振幅为0.014mm、最大水平振幅为0.0084mm，均远小于允许值0.2mm。

3）机组在实际运行中需要进行进水球阀动水关闭操作的几率很小，即使遇上，也有别的办法处理。除进水阀动水关闭试验未进行外，进水球阀其他调试项目均按部就班进行，1～4号机组进水球阀在调试过程中均比较顺利，未发生其他意外，进水阀各项操作顺序应正确，动作灵活可靠，到位准确，操作过程平稳，无异常振动，信号反馈无误；进水阀和伸缩节各端接密封面无渗漏现象，满足试验相关要求。进水球阀投入使用至今，运行状况良好，满足现场需求，运行安全、可靠。

3.10.2.4 安装调试问题处理

由于进水球阀需参与调节，根据ALSTOM过渡过程计算结果，进水球阀分两段关闭，通过回油箱上的阀组来实现，关闭规律如图3.10.2所示。

图3.10.2　导叶关闭规律

如图3.10.2所示，进水球阀系统接到关闭指令后，以11s的速率紧急关闭到20%，再经过30s完全关闭。2014年6月9日，1号进水球阀在无水条件下进行接力器关闭规律调整试验时，进水球阀系统在收到关闭指令后，接力器首先由全开位置关到20%开度，关闭过程历时9.5s；之后由20%开度关到全关位置，关闭过程历时31s，关闭规律符合调保计算要求。但在进行2号进水球阀接力器关闭规律调整试验时发现：2号机球阀开启规律和关闭规律与1号机球阀相比均有较大的差别，其中，第一段关闭过程历时较1号机长了8s；2号进水球阀接力器在开启到5%开度时运行曲线产生了拐点。对比ALSTOM与东方电机球阀接力器后发现：①ALSTOM接力器活塞直径为475mm，东方电机厂接力器活塞直径为480mm；②前后缓冲套设计结构不同，ALSTOM的前后缓冲套可以自由移动，在接力器开启或关闭过程中可进行油路切换，东电的缓冲套为螺栓把和固定结构，油路无法进行切换；③前后缸盖上的油口结构不同，ALSTOM图纸前后缸盖上有个φ8的小油口，东方电机厂的图纸取消了这个小油口。鉴于此，东方电机决定将2号、4号进水球阀接力器返厂处理：将接力器前缓冲套恢复到与ALSTOM相同的结构；对后缓冲套进行改制。

处理完成后，东方电机在厂内应进行相应的测试，2号、4号球阀接力器满足开关曲线的要求。

图3.10.2　导叶关闭规律

如图3.10.2所示，进水球阀系统接到关闭指令后，以11s的速率紧急关闭到20%，再经过30s完全关闭。2014年6月9日，1号进水球阀在无水条件下进行接力器关闭规律调整试验时，进水球阀系统在收到关闭指令后，接力器首先由全开位置关到20%开度，关闭过程历时9.5s；之后由20%开度关到全关位置，关闭过程历时31s，关闭规律符合调保计算要求。但在进行2号进水球阀接力器关闭规律调整试验时发现：2号机球阀开启规律和关闭规律与1号机球阀相比均有较大的差别，其中，第一段关闭过程历时较1号机长了8s；2号进水球阀接力器在开启到5%开度时运行曲线产生了拐点。对比ALSTOM与东方电机球阀接力器后发现：①ALSTOM接力器活塞直径为475mm，东方电机厂接力器活塞直径为480mm；②前后缓冲套设计结构不同，ALSTOM的前后缓冲套可以自由移动，在接力器开启或关闭过程中可进行油路切换，东电的缓冲套为螺栓把和固定结构，油路无法进行切换；③前后缸盖上的油口结构不同，ALSTOM图纸前后缸盖上有个φ8的小油口，东方电机厂的图纸取消了这个小油口。鉴于此，东方电机决定将2号、4号进水球阀接力器返厂处理：将接力器前缓冲套恢复到与ALSTOM相同的结构；对后缓冲套进行改制。

处理完成后，东方电机在厂内应进行相应的测试，2号、4号球阀接力器满足开关曲线的要求。