葛軍強(qiáng)

（國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761）

湊合節(jié)在球閥安裝中若干問題的研究

葛軍強(qiáng)

（國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761）

湊合節(jié)上游連接壓力鋼管、下游連接球閥上游連接管，其安裝質(zhì)量對整個球閥的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要影響，通過分析和實(shí)際應(yīng)用，本文總結(jié)了湊合節(jié)制造安裝單位的選擇以及安裝、配割方式對球閥整體安裝質(zhì)量的影響。

湊合節(jié)；球閥；壓力鋼管

0 概述

在水電站中，裝置在蝸殼前、連接引水系統(tǒng)與水輪機(jī)蝸殼的閥門統(tǒng)稱為主進(jìn)水閥。主進(jìn)水閥一般可分為蝶閥、球閥等，抽水蓄能電站由于水頭高、壓力大的特點(diǎn)，主進(jìn)水閥一般采用球閥。球閥在安裝過程中，由于上游連接引水系統(tǒng)壓力鋼管，下游連接蝸殼，因此引水系統(tǒng)壓力鋼管與蝸殼進(jìn)口段中心位置偏差是否在設(shè)計允許范圍值內(nèi)，與球閥的安裝質(zhì)量密切相關(guān)。根據(jù)水電站一般建設(shè)程序，球閥安裝之前，蝸殼與引水系統(tǒng)壓力鋼管均已安裝完成，并已澆筑混凝土，為使上游壓力鋼管、球閥、蝸殼三者形成平緩過流面，在球閥安裝過程中，壓力鋼管湊合節(jié)成為調(diào)節(jié)壓力鋼管與蝸殼安裝偏差的較好途徑。

1 球閥的結(jié)構(gòu)及主要作用

1.1 結(jié)構(gòu)

球閥設(shè)計為臥軸、油壓操作、雙面金屬密封、水壓操作密封環(huán)、套筒式伸縮節(jié)結(jié)構(gòu)，主要由球閥閥體、活門、上游及下游密封、伸縮節(jié)、上游延伸段、旁通閥、操作機(jī)構(gòu)等部件組成。閥體的底部設(shè)有排污閥，用于檢修時排掉積水和泥沙，正常運(yùn)行時處于關(guān)閉狀態(tài)。閥體的頂部設(shè)有排氣閥，用于在充水時排出閥體內(nèi)的空氣，正常運(yùn)行時處于關(guān)閉狀態(tài)。

球閥上下游連接管（延伸段）與球閥本體用螺栓把合，球閥下游伸縮節(jié)（含下游連接管）通過螺栓與蝸殼延伸鋼管段相連，蝸殼延伸段與蝸殼進(jìn)口段在工地焊接。

湊合節(jié)上游與壓力鋼管定位環(huán)相連、下游與球閥上游連接管（延伸段），采用工地焊接形式。

1.2 主要作用

（1）為機(jī)組檢修提供安全工作條件。機(jī)組檢修時，在靜水中關(guān)閉進(jìn)水閥，截斷機(jī)組進(jìn)水。同時，對于引水系統(tǒng)一管多機(jī)的電站，檢修時隔離機(jī)組上游隧道，保證其他非檢修機(jī)組的正常運(yùn)行。

（2）減少導(dǎo)葉漏水量。對于高水頭水電站，因其高水頭、壓力大，導(dǎo)葉漏水量大，設(shè)置主進(jìn)水閥可以減少導(dǎo)葉漏水，從而可以避免因漏水造成的導(dǎo)葉間隙之間空蝕損壞，以及因?qū)~漏水量增大導(dǎo)致不能停機(jī)的問題。

（3）縮短機(jī)組重新啟動時間。對于長引水管道的水電站，因其充水時間長，延長了機(jī)組的啟動時間，設(shè)置主進(jìn)水閥可縮短機(jī)組重新啟動所需的時間，提高機(jī)組運(yùn)行的靈活性。

（4）避免事故擴(kuò)大。當(dāng)水輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生故障，機(jī)組轉(zhuǎn)速升高到整定值的情況下，動水緊急關(guān)閥，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

2 球閥的安裝工藝流程

球閥的安裝主要包括球閥及接力器基礎(chǔ)安裝、球閥吊裝、伸縮節(jié)安裝、上游連接管安裝、接力器安裝、油壓裝置安裝、壓力鋼管及蝸殼排水管安裝、自動化元件及附件安裝。球閥的安裝方式或程序可以有多種，主要還要由安裝單位根據(jù)現(xiàn)場安裝條件以及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。

球閥安裝前的球閥本體及接力器基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計要求，特別是基礎(chǔ)板下方澆筑的二期混凝土，不應(yīng)有脫空情況?，F(xiàn)場具備安裝條件后，首先，吊入湊合節(jié)，初步調(diào)整湊合節(jié)下游側(cè)管口的中心、高程，根據(jù)測量數(shù)據(jù)初次配割壓力鋼管湊合節(jié)（預(yù)留10mm第二次配割），并與壓力鋼管定位節(jié)初步固定；其次，將接力器吊入并連接在基礎(chǔ)板上臨時固定，吊入上下游連接管并臨時存放在球閥基礎(chǔ)上下游；然后，將球閥本體吊裝至球閥基礎(chǔ)，調(diào)整中心、高程、方位及水平；測量球閥上游側(cè)法蘭至湊合節(jié)距離、下游側(cè)法蘭至蝸殼進(jìn)口段距離，和球閥上下游連接管實(shí)際長度對比，第二次配割湊合節(jié)，切割量應(yīng)考慮焊接收縮2mm；將上游連接管與球閥上游側(cè)法蘭用螺栓預(yù)裝，將下游連接管與球閥下游側(cè)法蘭用螺栓預(yù)裝；將湊合節(jié)與壓力鋼管、上游連接管焊接，將伸縮節(jié)延伸段與蝸殼進(jìn)口段焊接；焊接完成后，依次把緊球閥與上下游連接管的法蘭、球閥基礎(chǔ)固定螺栓；最后，完成接力器正式、油壓裝置及操作系統(tǒng)管路。

球閥安裝流程如圖1所示。

3 湊合節(jié)制造安裝單位的選擇

考慮到壓力鋼管湊合節(jié)屬于高強(qiáng)鋼，且在球閥安裝中的作用較為重要，單位的選擇也將直接影響到其安裝制造質(zhì)量。從目前國內(nèi)的水電機(jī)組安裝情況來看，一般情況有如下幾種方式，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

圖1 球閥安裝流程圖

（1） 制造安裝單位均由引水系統(tǒng)施工單位完成。這種方式比較適合引水系統(tǒng)屬于鋼襯的襯砌形式，引水系統(tǒng)施工單位在現(xiàn)場制造引水系統(tǒng)壓力鋼管時，可以同時制造湊合節(jié)，現(xiàn)場制造的設(shè)備與人員有保障，可保證湊合節(jié)制造水平。但由于引水系統(tǒng)壓力鋼管施工與蝸殼、球閥安裝有一定施工時間差，引水系統(tǒng)施工單位提前將湊合節(jié)與壓力鋼管焊接好的話，如果蝸殼進(jìn)口段與壓力鋼管中心偏差較大，湊合節(jié)將只有下游側(cè)孔口可以配割，增加了利用湊合節(jié)調(diào)整的難度。如果引水系統(tǒng)單位將壓力鋼管施工完成后，不焊接湊合節(jié)，等到蝸殼安裝完成、球閥到貨后，與球閥一起安裝，雖然湊合節(jié)上下游孔口在球閥安裝時均可切割，提高了壓力鋼管、球閥、蝸殼三者中心位置調(diào)整的便利性，但引水系統(tǒng)施工單位施工和焊接人員此時可能已大部分撤離，人員上可能無法保障。

（2）制造由引水系統(tǒng)施工單位負(fù)責(zé)，安裝由機(jī)組安裝單位負(fù)責(zé)。如上所述，如果湊合節(jié)由引水系統(tǒng)施工單位負(fù)責(zé)，安裝由機(jī)電安裝單位負(fù)責(zé)，由機(jī)電安裝單位負(fù)責(zé)湊合節(jié)上下游焊縫的現(xiàn)場配割、焊接等工作，將有效解決上述問題。但由于機(jī)電安裝單位在高強(qiáng)鋼的焊接能力、經(jīng)驗(yàn)方面，可能會與壓力鋼管專業(yè)制造安裝單位存在一定差距，如果湊合節(jié)上下游這兩條焊縫過程質(zhì)量控制不嚴(yán)，可能會影響焊縫焊接質(zhì)量，進(jìn)而對地下廠房安全造成一定威脅。

（3） 制造由主機(jī)設(shè)備廠家負(fù)責(zé)，安裝由機(jī)組安裝單位負(fù)責(zé)。這種方式比較適合于引水系統(tǒng)屬于混凝土襯砌的形式，混凝土襯砌的引水系統(tǒng)，施工現(xiàn)場一般不設(shè)立鋼管制造廠，由于制造量較少，一般納入主機(jī)標(biāo)，由主機(jī)制造單位負(fù)責(zé)制造、機(jī)組安裝單位負(fù)責(zé)安裝。

4 湊合節(jié)安裝方式的選擇

湊合節(jié)一般有瓦片湊合、套筒式、整體湊合等方式，我國壓力鋼管湊合節(jié)安裝的傳統(tǒng)工藝為瓦片式，瓦片式湊合節(jié)最少需要分3塊瓦（底部一塊、頂部兩塊對稱布置），現(xiàn)場需要焊接3條縱縫，增加了焊接應(yīng)力，尤其是與合攏縫的“丁”字焊接處，產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致湊合節(jié)成為整條鋼管受力的薄弱部位。20世紀(jì)90年代，從國外引進(jìn)了套筒式的安裝工藝，其后，該方法便與瓦片式安裝方法并行于業(yè)界。然而，這兩種方式均存在較大缺點(diǎn)，整體式湊合節(jié)與之相比，不僅安裝質(zhì)量好、省時、經(jīng)濟(jì)，而且殘余應(yīng)力小，受力狀態(tài)好，將是今后湊合節(jié)安裝工藝的大勢所趨。

（1）取消了安裝現(xiàn)場縱縫。大大減少了湊合節(jié)安裝時的徑向應(yīng)力和應(yīng)力集中現(xiàn)象，改善湊合節(jié)在整條鋼管內(nèi)的受力特點(diǎn)，提高了鋼管的使用壽命。

（2）降低了安裝難度。采用瓦片式湊合時，需要在一塊瓦片的長度方向預(yù)留切割裕量，現(xiàn)場安裝最少需要一條縱縫進(jìn)行切割拼湊，且環(huán)峰壓裝時，瓦片易產(chǎn)生扭曲變形。而采用整體安裝時，將管節(jié)直接整體吊入安裝位置，組裝采用對稱法壓縫，有效釋放內(nèi)部應(yīng)力，不會產(chǎn)生整節(jié)鋼管的扭曲變形，大大降低了安裝難度，提高安裝質(zhì)量。

（3） 減少了吊裝程序。整體湊合時每個湊合節(jié)只需一次吊裝，而采用瓦片湊合最少需要吊裝3次。

（4）降低了安裝成本。整體湊合大大降低了機(jī)械和人工的使用量，與瓦片湊合相比，降低機(jī)械設(shè)備使用量2/3，減少人工約1/2，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5 湊合節(jié)的配割方式

現(xiàn)場直接量取湊合節(jié)制作長度，以相鄰上下兩管口下底點(diǎn)為基準(zhǔn)，按15°等分圓周，每等分量取一組數(shù)據(jù)，并根據(jù)上下管口中心偏差，將量取的尺寸進(jìn)行修正，確定下料尺寸。如果球閥中心與壓力鋼管中心偏差較小（6mm以內(nèi)），焊接時可通過控制錯牙量（錯牙最大不超過壁厚的10%，且不超過6mm），來滿足湊合節(jié)安裝的技術(shù)要求。如果球閥中心與壓力鋼管中心偏差較大，可同時配割湊合節(jié)上下游，將湊合節(jié)截面配割成近似于平行四邊形。

6 湊合節(jié)的整體安裝

湊合節(jié)安裝時，上游縫為合攏縫。安裝壓縫時，對合攏縫不進(jìn)行定位焊接，采用騎馬板限位固定，騎馬板一端與管壁焊接，另一端自由，并緊貼管壁，保證下游焊縫壓縫和焊接時湊合節(jié)的上游管口能夠自由伸縮，減少下游焊縫的拘束應(yīng)力。為防止環(huán)縫壓裝時產(chǎn)生扭曲，上下游環(huán)縫從下底點(diǎn)開始，分4組人員左右對稱同時壓裝，下游縫在外側(cè)進(jìn)行定位焊接，上游縫在外側(cè)焊接騎馬板限位，壓縫是保證錯位小于1mm，環(huán)縫間隙0～3mm。為控制鋼管的受力狀態(tài)，減少整條鋼管在湊合節(jié)安裝后的拉應(yīng)力作用，湊合節(jié)的尺寸在施工階段最低溫度時量取，安裝時的溫度保持與量取時基本一致。

湊合節(jié)壓縫完成，環(huán)縫焊接之前，對焊縫間隙、錯臺、管壁直線度進(jìn)行檢查，合攏焊縫完成后，先進(jìn)行外觀檢查，檢查合格后按一類縫標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探傷檢測，檢查結(jié)果應(yīng)都能達(dá)到設(shè)計和規(guī)范要求。

7 結(jié)束語

壓力鋼管湊合節(jié)的安裝質(zhì)量，對地下廠房的安全至關(guān)重要，因此必須加強(qiáng)湊合節(jié)制造安裝驗(yàn)收等各環(huán)節(jié)的管理，確保制造安裝質(zhì)量，同時，在機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行后，還應(yīng)加強(qiáng)焊縫的變形監(jiān)測，確保不發(fā)生由于湊合節(jié)制造安裝質(zhì)量引起水淹廠房事故。

[1] 李浩良，孫華平．抽水蓄能電站運(yùn)行與管理．杭州：浙江大學(xué)出版社，2013．

[2] 杜天棕．壓力鋼管湊合節(jié)結(jié)構(gòu)與施工的探討．焊接技術(shù)，1999，28（5）：33-35．

葛軍強(qiáng)（1981—），男，碩士，工程師，主要從事抽水蓄能電站水機(jī)專業(yè)管理。

The Reserch on Some Problems of Adjuster of Steel Pipe During Spherical Valve Installaion

GE Junqiang
（State Grid Xin Yuan Company Limited，Beijing 100761，China）

The adjuster of steel pipe can connect between the penstock upstream and the connection spherical valve downstream.The installation quality will have an important influence on the safe and stable operation of the entire spherical valve.Through analysis and practical application，this paper summarizes how to choose the manufacture and installation units and to impact the overall installation quality of the spherical valve for the different modes of installation and cutting section.

adjuster of steel pipe; spherical valve; penstock