阀门大口径蝶阀动水关闭试验与分析高欣1袁冰滨2，姚粤虹1张延宾1（1哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨15004 02哈尔滨广播器材厂，黑龙江哈尔滨150046）各种现象产生的原因。
1概述水轮机及大型泵站等机组设备进水管道上一般都装有阀门。在进水管道或机组检修时，关闭阀门以切断水流。在机组长期停机时，关闭阀门以减少水流损失。在机组发生事故，而导水机构失灵不能关闭，或阀门操作机构失电，或油源突然消失时，在动水情况下紧急关闭阀门以防止事故扩大。GB/T14478-93第42款中规定，机组在任何工况下，进水阀门应能动水关闭。因为进水阀门能否在紧急特殊情况下实现动水关闭，是水轮发电机组或泵站能否安全可靠运行的保证。
哈尔滨电机厂有限责任公司在南水发电厂Y2500mm蝶阀的改造项目中，对设计、制造和安装调试后的阀门进行了动水关闭试验。现将试验方法、试验现象以及试验数据作系统地理论分析。
2参数南水发电厂属一管三机机组，即有一总管，其后分三根叉管。总管前设有快速闸门，叉管上主机前分别装有3台Y2500mm立轴式蝶阀，阀后各装有一台HL638-LJ-200水轮机，总装机容量7.5万kW.改造后，蝶阀为卧轴、双平板、双偏心及无重锤自关闭式，其主要技术性能如下。
型号PDF20C-WY-250公称直径2500mm工作水头150m阀门5m3/s静水开启的*大压差0.1MPa（合同规定）接力器Y500mm摇摆直缸接力器接力器额定操作油压2.5MPa接力器*低操作油压1.8MPa正常启闭时间90s动水关闭时间120s（合同规定）3蝶阀动水关闭试验3.1目的阀门动水关闭试验是为了验证新蝶阀能否在任何运行工况下的规定时间内完成动水关闭操作。观测新蝶阀在动水关闭过程中，伸缩节、下游钢管、阀体、基础墩以及整个机组是否出现超过允许值的振动和位移等异常现象。检查蝶阀设计计算参数，为蝶阀的设计提供精确的数据。
3.2试验准备首先做好蝶阀远程控制和现场操作的准备。在静水中（水轮机活动导叶全关），测得蝶阀开启时间95s关闭时间125s，开启过程中开腔和闭腔压差为0. 4MPa.试验前上游水位213.318m，水轮机安装中心高程84.5m，求得试验时*大静水压力1.29MPa.为保证试验安全，试验时2号机和3号机并入系统空转作备用。对旁通管路等刚性较薄弱的通流部件进行支撑加固处理。并采取措施，防止可能发生的泄漏。
3.3方法试验时蝶板处于全开位置，水轮机导叶开度保持不变，而机组将分别在空载、12.5MW（0%负荷）及25MW（00%负荷）情况下操作蝶阀关闭按钮，蝶阀即动水关闭。
从蝶阀开度指示灯确认蝶阀己全关时，应立即将导叶关闭使机组进入调相运行或停机。
在蝶阀关闭过程中，当蝶板开度为15* 30*45*60*75*88.及90.时，记录蝶板动作到预定开度的时间、接力器开闭两腔油直与水平振动和变形、机组出力、阀体位移和变形及振动、阀体基础墩位移、接力器基础墩位移、发电机上机架及机组各导向轴承的摆度与振动。
试验时共使用11块千分表（），其中（8）、（9）、（0）和（11）原定采用4块千分表，右侧（接力器侧）阀体支墩由于蝶阀改造后接力器布置紧凑而被削弱，在空载状态下，位移振动较大，故此将千分表改为百分表。
4结果4.1空载状态（活动导叶开度14%）空载状态下，蝶板由全开到全关时间为119s.当蝶板由全开转过15*时，接力器两腔压差*大，开腔0.16MPa关腔0.42MPa，压差为0.26MPa.蝶板关闭约70*时，阀体内发出的振动和噪声较大，由于旁通阀处于全开位置，旁通管路过流引起的振动和噪声也较大。蝶板关闭约90*时，上游钢管压力为1.31MPa计算压力上升为0. 4.2负荷状态5MW负荷状态下，蝶板由全开到全关时间为105s.从表1中可以看出随着开度压'蝶阀上下游钢管水压、蝶阀上下游钢管垂和负荷的增加，阀体和上下游连接管的振动和阀门变形加大。当蝶板关闭约90*时，上游钢管压力为1.7MPa计算压力上升为0.41MPa.当蝶板由全开转15*时，接力器两腔压差*大。接力器关腔油压0. 21MPa接力器开腔油压（蝶板由30°~75°过程中两腔为负压差）蝶阀接力器一侧阀轴轴头密封有水渗出，关闭动作结束后，无水泄漏。当蝶板关闭70*~90°时，噪声比空载时更加强烈，旁通管路内出现强烈的水锤现象，并伴随着强烈声响。阀体垂直方向变形达一0.70mm.表1试验数据蝶阀全关蝶板90*时阀前水压/MPa阀体阀前钢管*大操作油压阀体轴向负荷导叶开度变形垂直振动水平振动变形垂直振动水平振动时间*大蝶板角度*大蝶板角度*大蝶板角度*大蝶板角度*大蝶板角度*大蝶板角度*大蝶板角度关侧开侧蝶板角度位移括号内数值为变形值（2）25MV，活动导叶开度73%在25MW负荷状态下，蝶板由全开到全关时间为95s随着开度和负荷的进一步增加，尤其在蝶板由70*~90°时，阀体和上下游连接管的振动和变形加大。当蝶板关闭约90*时，上游钢管压力为1.7MPa，计算压力上升为0.41MPa.当蝶板由全开转过15*时，接力器两腔负压差*大（压差绝对值*小）接力器关腔油压0. 1MPa接力器开腔油压2MPa.当蝶板关闭70°~ 90*时，噪声和水锤现象更加剧烈，并呈现短时间周期震荡。接力器一侧轴头密封无水渗出。空气阀有水雾和少量泄漏。
5分析51动水力矩动水关闭是在3种状态下（空载、125MW负荷及25MW负荷）完成的。根据动水力矩的公式Ms——Z〔a〕水力阻力系数H计算水头，m从有较大变形以外均较小，而且一般属弹性变形。从试验完成后，测量所用仪表指针基本回到原位可看出，动水关闭时压力上升值不大。因此，较短的关闭时间有利于机组的安全。试验结果表明，将蝶阀动水关闭时间整定为60~90s较为合理。
5.4噪声与振动~80°时，噪声和振动逐渐加剧的另一重要原因是由于蝶板在关至小开度时，由于通流面积减少，水流速度突然加快，产生射流，水流扰动大。在蝶板达到或接近全关时，突然的水流脱流，势必在下游钢管靠近蝶阀一侧形成一个负压腔，而在25MW负荷状态下明显加强，迫使空气阀快速打开，当水流急速通过空气阀时形成水雾，并有少量水漏出。
6结语时，开腔和闭腔压差仅为0.4MPa，由此可看出，接力器容量的选择偏大。当采用静水开启状态选择接力器容量时，摩擦力的求解将对接力器直径的选择起到关键作用。而摩擦力只能通过大量的试验及对试验数据的采集分析才能得到较准确的求解。
②虽然该蝶阀为双偏心自关闭形式，但蝶板在小开度及小流量时，缺乏足够的动力矩。如果合理选择重锤，将有效增加动力矩，有利于动水关闭的顺利实现。由此可以看出，选择合理的接力器容量及安装适当的重锤，使之合理匹配，可有效弥补动力矩的不足，实现机组在任何工况下，进水阀门能动水关闭。
③从南水电站蝶阀的动水关闭试验结果可看出，现行的蝶阀设计计算方法是可行的，能够满足电站安全运行的要求。但也应看到在蝶阀的设计过程中还存在许多难点，如摩擦力的求解等，还需从更多其他电站的蝶阀现场试验数据中获得并加以分析，以便运用到蝶阀的设计中，为电厂提供更优良的蝶阀产品。