蝶阀安装施工研究与讨论

摘要：针对埃塞俄比亚吉布三水电站的特点，介绍其蝶阀安装过程中的新技术和新方法，为今后特大型水轮发电机组蝶阀的安装提供可借鉴的宝贵经验。

关键字：埃塞吉布3水电站蝶阀安装、调试

1、蝶阀安装技术

该蝶阀型号为4200KD741hx翻板式中压蝶阀，过流直径为4.2米，承压为3.0MPa。部件包括主阀体（115t）、上游进水短管（13t）、伸缩节（8t）、下游出水短管（9t）、重锤及附件（31t）、液压系统及管路附件（15）、蝶阀旁通管阀门及附件（18t）、基础预埋件及蝶阀螺栓连接件等（11t），总共单台蝶阀合计约220t。蝶阀安装位置是在压力钢管与蜗壳之间，所以为了避免变形，要在压力钢管、蜗壳安装焊接完成，并浇筑完二期混凝土后方可施工。

1.1阀体吊装安装顺序及方法

测量放线、基础板安装蝶阀阀体吊入测量后吊出阀体下游短管伸缩节与主阀连接（配割蜗壳进口）下游短管焊接吊入上游短管调整阀体，配割压缝上游短管焊接浇注蝶阀阀体二期混凝土接力器、重锤调整安装蝶阀附件安装（旁通管等）液压装置安装配管（电气设备安装）蝶阀检修密封调试蝶阀无水调试蝶阀有水调试。 1.1.1该蝶阀安装在厂房最底层662.9米层，蝶阀基础为666.75米，中心高程为668米，下游与蜗壳进口段连接，上游和压力钢管出口段连接；为了保证机组及蝶阀的安装精度，蜗壳、和压力钢管整体浇筑完混凝土，蝶阀基础预留二期混凝土。蝶阀基础板在确定位置时，不但要参考设计高程和中心，还要根据蜗壳和压力钢管出口位置综合偏差进行考虑，按照蝶阀中心距离两个管口的位置比例确定高程、水平的相应偏差进行定位；然后固定好基础板和蝶阀基础螺杆，用楔子板固定好基础板，并在上面标记出蝶阀安装位置。

1.1.2蝶阀本体用厂房225t桥式起重机进行吊装，用钢丝绳锁住蝶阀卸车的永久吊耳，从安装间吊物孔吊入蝶阀基础，吊装前清理干净法兰面的保护油漆，吊装时注意平稳降落。需落至蝶阀安装位置向下游15mm处，因蝶阀整体吊装是和伸缩节、下游短管连接后整体进行吊装；为了避免伸缩节（长度为500mm±20mm）在焊接时变形，需要把伸缩节调整至最小尺寸，以便于焊接时固定。然后根据伸缩节和下游短管组合好后的实际长度，选择24个点进行测量长度，在蜗壳管节上测量放样，然后用磁力切割机进行切割。

1.1.3在蜗壳配割的同时，吊出阀体至厂房安装间，垫高约40cm；然后把伸缩节与下游短管按照标记组合成整体，伸缩节锁至最短，并把伸缩节调整螺栓拉紧。

伸缩节法兰与短管法兰的所有螺栓拉紧，用液压扳手拉紧至要求扭矩，第一次拉紧按照对称方向进行逐步扭紧，为设计值的50%～60%，第二次同样顺序至70%～90%，第三次次按圆周方向顺序拉紧至设计扭力。

螺栓全部拉紧后，组合后蝶阀重心往下游偏移，故在挂装原有吊耳后，需再下游短管上用20t链条葫芦进行挂装调整蝶阀水平，最后以同样要求吊入蝶阀基础位置。组合焊缝后要对蝶阀法兰面的垂直度和水平高程进行测量，确保在设计范围内，并做好地样的监测点，以便在焊接时进行变形监测。

1.1.4根据基础板位置调整好后，蝶阀与蜗壳进行压缝，压缝时注意焊缝错牙不能超过2mm。蝶阀板厚为50mm的高强钢，故在焊接时要特别注意：

1） 安排四名电焊工进行堆成施焊；

2） 焊前焊缝待焊表面及其附近50mm范围内需清理打磨以去除铁锈、油污等有害焊接质量的杂质；焊缝用履带式加温板加至80℃才能进行焊接；

3） 焊接设备才用同一型号的直流焊机进行焊接，焊条在打底焊时才用Φ3.2mm进行，填充用Φ4.0mm进行，并焊接前对焊条进行烘烤，拿取时用焊条保温桶盛装。

4） 焊接时，先进行分段加固，在对称、匀速施焊；采用多道薄层焊接方式；焊接电流不宜过大，严格控制每次的焊接量和焊接速度，层间温度≤200℃，摆动宽度小于焊条直径的3倍，最大焊接线能量≤35KJ/cm；每焊接4小时进行蝶阀位置、法兰面垂直度测量，及时采取反变形措施。

1.1.5在下游短管焊接完成后，对上游短管进行测量、放样、配割，配割时要注意下游短管焊接后整体的收缩量；1#机在焊后检查发现焊缝收缩5mm，即蝶阀整体下移了20mm，此余量要在配割时预留出。

再进行上游短管的吊装，因此时上游侧位置只有20mm的空隙，且法兰面的盘根已安装，吊装是短管水平需调至2mm/m以内，以保证在下降过程中不会撞掉密封盘根。

到位后以同样方法进行螺栓连接、并打紧至设计扭力；解开伸缩节的加固装置，在下游侧用50t千斤顶把蝶阀向上游推，过程中检查管内伸缩节的间隙，保证间隙均匀达到15mm±2mm后，进行上游短管和压力钢管压缝，缝隙处理好后检查管内伸缩节间隙，达到要求后，开始转序焊接。焊接要求与下游焊缝相同；焊接时使伸缩节处于自由状态，监视其管内间隙变化，以及时调整焊接顺序。

1.1.6上游焊接完成后，对蝶阀整体验收，进行基础二期混凝土的浇筑。再进行蝶阀液压油缸和重锤安装，因蝶阀拐臂的位置需先安装接力器油缸，吊装时注意油缸固定牢靠，再与蝶阀拐臂穿销连接；最后吊装重锤支架和重锤，保证连接螺栓均匀受力。

1.1.7蝶阀油压装置管路配装，蝶阀油压装置管路包括开关阀接力器油管、接力器锁定油管，旁通管针型阀开关装置操作油管，其管路全部为不锈钢管，操作油压为15.7MPa，为高压管道。

1） 焊接时全部用氩弧焊焊接，坡口打磨30°，并且拼缝之间留2mm的间隙，以保证焊缝填充量；

2） 焊接时管道内部需充满氩气，保证管内成型，无焊渣、焊瘤；

3） 焊完后整体连接进行打压，拆除前对管路接头位置做好相应标记，注意做好安全防护；

4） 打压合格后用高温高压清洗机对管路内部进行冲洗，吹干，并用带过滤装置的热油进行内部冲洗，保证管内热油流速在8m/s以上，合格后用白布封堵管口，按标记进行回装连接。

1.1.8在安装管路的同时可以进行蝶阀检修密封装置的调试，该密封装置是在为不拆除蝶阀的情况下对蝶阀主密封进行更换；调试根据厂家提供的注水装置，给密封腔内充水，观察导向杆动作是否平稳、无卡滞，及漏水现象，没有缺陷后来回动作三次，安装导向杆限位器，以保证能投入自动。

1.2质量控制

为保证蝶阀安装后中心、高程与上游已装压力钢管中心、高程一致，蝶阀基础板以蜗壳，压力钢管中心、高程为基准来进行综合考虑，蝶阀沿水流方向中心线偏差控制在±2mm，横向中心线偏差控制在5mm以内，高程控制在2mm以内。用精密水准仪来调整基础板的水平，水平控制在1mm/m。蝶阀法兰面垂直度采用挂线坠来进行调整，法兰面垂直度控制在1 mm/m。蝶阀与基础板组合面用0.05mm塞尺检查应通不过，允许有局部间隙存在。蝶阀上下游法兰面去除高点和毛刺，上游连接管和下游连接管安装后用0.05mm塞尺检查应通不过。

2、蝶阀安装施工设计

2.1结构

现阶段国内外大中型水电站因一管多机设计较多，所以大型蝶阀的应用也越来越广泛，蝶阀的设计安装都是保证机组运行的关键部位。蝶阀中间的蝶板处在流体中间，当流体流经它的时候，它会对流体产生一定的阻力，在设计时就要充分考虑这个问题。一般的，当蝶阀蝶板的直径比较大的时候，根据标准，蝶板的厚度与阀杆的直径的大小关系需要控制在某个范围内，即厚度大小需要小于直径的2.25倍，另外，蝶板上部能出现横向筋。为减小蝶板给流体带来的阻力，蝶板的进、出水面应设计成流线型的。用于固定的螺钉应放置于蝶板内部，避免螺钉给流体带来阻力。有的设计公司将蝶板设计成铁饼状，为的就是尽可能的降低阻力，有的设计公司则把蝶板做得特别薄。从国内和国外的标准中可以看出，流阻在蝶阀设计中算得上是一个很重要的指标。

2.2橡胶密封圈

橡胶密封圈质量的好坏也会影响到蝶阀的功能。橡胶密封圈使用寿命的长短与橡胶质量、密封面的宽度有关。一般建议采用优质的橡胶来制作橡胶密封圈，在制造过程中要严格控制温度和时间，不能随意改变制造流程，以避免橡胶密封圈出现老化和开裂的现象。当橡胶密封圈的宽度与对应的金属面宽度尺寸不在合理范围内时，就会出现密封性差，密封圈进入密封面很不方便的情况。另外，还要注意橡胶密封圈与密封面、蝶板之间的形位公差、精度、粗糙度等，只有在合理的配合情况下，才能使密封圈的使用寿命较长。

该阀在设计时考虑了后续方便更换主密封的情况，在上游短管内设置了检修密封装置，通过蝶阀上游压力钢管内部水压进行操作，这样增加了制造加工难度，但是为以后蝶阀的在不吊出蝶阀的情况下，对其主密封进行检修提供了方便。在施工别注意检修密封与上游钢管三道密封盘根的安装，及导向杆的加工配钻符合相关尺寸精度要求。

2.3刚度

保证蝶阀、蝶板的连接刚度是十分必要的，影响刚度的因素主要有4个。第一个，阀轴尺寸。当阀轴的尺寸小于某个值的时候，就会出现刚度不足的情况，影响到密封的效果。由轴的刚度公式可以知道，弹性模量对轴的刚性影响不大，影响较大的是惯性矩，这个参数与轴的横截面尺寸形状和大小有关。另外，还要考虑轴上的扭矩大小，因此设计的时候综合考虑。第二个，轴孔的配合。以前的规定是要求蝶阀轴是一根贯穿的轴，后来的标准改为了可分段的轴。轴的间隙一般根据口径的大小得出，有一个合理的范围值，在取值的时候要考虑尽量避免和减小轴可能出现的弯曲或变形。第三个，蝶板结构。在设计蝶板的时候，要充分利用结构提高刚度，采用平板形、锅形或者桁架形，目的就是一个，增大惯性矩、加强刚度。第四个，阀体结构。对于直径较大的蝶阀，可以加设圈筋或筋，提高稳定性。U形筋能较好的提高刚度，但就目前的制造工艺来说，其工艺性不是很好。

2.4自轴承

轴承是传动的重要零件，需要承受较大的压力，优质的轴承能很好的胜任传动的工作。国内生产的轴承比较笨重，在传递能量的时候自己本身也会消耗不少的能量，相比之下，国外的轴承支座工艺比较精良，容易旋转，启动旋转的力度较小。另外，在加工精度上，国产的轴承也稍微逊色一些。另外，轴承材料的性也是非常关键的。一般，蝶阀中采用的轴承都是自轴承，需要采用自材料实现减磨的效果。加设轴套不仅可以防止阀体出现生锈和胶合的情况，还能在一定程度上增加刚度。

4、结束语

在埃塞俄比亚吉布3电站机组安装过程中，水电八局作为机电施工承包，面对意大利salini公司的监理及各种严苛要求，圆满完成机组安装，包括10台机蝶阀的施工，为首台机发电做出了艰苦努力，并且与西方理念要求为基准圆满完成任务，对非洲市场的开拓做出了巨大贡献。

参考文献：

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