惠州蓄能水电厂进水阀轴套检修工装设计及应用.doc

惠州蓄能水电厂进水阀轴套检修工装设计及应用蔡进高（中国南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广东 广州 511400）摘要：惠州蓄能水电厂进水阀轴套出现故障后，由于返厂修复需要耗费大量时间，且拆卸后上游压力钢管还需采用闷头进行封堵，因此决定在现场进行检修更换。蓄能电站为地下厂房设计，检修空间狭窄，本文介绍了惠蓄机组进水阀轴套检修工装的要求及设计思路，以及在检修过程中的应用情况。关键词：进水阀轴套；检修工装The Design and Application of the Inlet Valve Bushing Overhaul Tools in Huizhou Pumped Storage Power StationAbstract: The inlet valve bushing in Huizhou Pumped Storage Power Station (HPSPS) malfunctioned. Depot repair would take amount of time. And the upstream of penstock needs to be blocked by bulkhead after disassembling. Therefore the HPSPS decided to carry out the repair and replacement on site. HPSPS is designed as an underground plant, which has a narrow space for maintenance. This paper introduced the design and application of the inlet valve bushing overhaul tools in HPSPS. Key words: inlet valve bushing; overhaul tools1. 引言惠州蓄能水电厂（以下简称“惠蓄”）位于广东省惠州市博罗县礤头村，是一座周调节的纯抽水蓄能电站。电站分A厂、B厂建设，A厂、B厂工程分别安装4台机组，单机容量（发电工况）300 MW，额定设计转速为500 r/min，额定净水头为517.4m。惠蓄电厂是一洞四机结构，两条上游水道，8台机组，每台机组前一个进水阀。惠蓄进水阀为横轴双密封结构（如图1所示），主要由阀体、阀芯、密封装置和操作机构（双接力器）等组成，两侧分别连接上游压力钢管和下游延伸段，进水阀公称直径为2m。图1 惠蓄进水阀结构2. 进水阀轴套结构介绍图2轴套结构如图2所示，进水阀拐臂、钢套和进水阀枢轴通过螺栓及销钉把合在一起，铜套与阀体把合在一起，当球阀开关的时候，枢轴、拐臂和钢套同时转动，与铜套产生相对位移。进水阀铜套为青铜表面粘接共计24块feroglideT814材料的TENMAT自润滑层，枢轴和轴套之间存在0.02mm 0.16mm间隙，属于间隙配合。在进水阀制造时，枢轴轴套的安装是通过将进水阀侧翻后进行套装，若采用进水阀侧翻套装，需排空上游水道将进水阀整体吊出。排空上游水道将导致4台机无法投入备用，上游水道排水和充水都需要20天，加上更换进水阀轴套处理的工期，将导致4台机退出备用至少30天，这对于电厂的机组可用系数有太大影响，且拆装进水阀时存在损坏法兰密封的风险，导致更换密封时再次排空上游水道。因此惠蓄与设备厂家沟通决定设计一套专用工具，以便在不拆卸进水阀的情况下完成轴套更换。3. 检修工装设计思路3.1 支撑工装在需要拆装铜轴套侧的枢轴上安装一个支撑工装，用于平衡阀芯的重力和调整枢轴、轴套和轴承座之间的间隙,调整枢轴与轴套周向间隙均匀后，拔轴套和装轴套的过程中阻力会相应减小。如图3，支撑工装需要两个支撑架以便将轴套从支撑工装上取出，并能安装拔环和压环，通过螺栓把合到枢轴上。 图3支撑工装示意图3.2 假拐臂在枢轴另一侧安装一个假拐臂，假拐臂用于将阀芯固定，避免阀芯发生位移以控制安装间隙。如图4，假拐臂外圈用24颗M24的螺杆与进水阀阀体把合，假拐臂内圈用6颗M52的螺栓与阀芯把合。3.3 拔环及专用螺杆拔环和专用螺杆的设计应考虑到可以用液压拉伸器和液压千斤顶同时使用。如图5，惠蓄加工了2根M48/M52和4根M36/M42专用螺杆，当液压千斤顶无法拔出时可外加液压拉伸器，并加工拔环用于配套使用。拔环与专用螺杆的设计需要计算铜套对钢套的最大夹紧力。在铜套端部4平压孔堵塞后，铜套外圆承压6MPa，内圆压力0MPa。根据机械设计手册1厚壁圆筒计算公式：r=pr22Er22-r121-2r+1+r12r=0.396mm；(p压力6.0MPa；r1-内半径385mm；r2-外半径405mm；r-计算点半径385mm；E-材料弹性模量 铜1.03Gpa；-泊松比 铜0.3)不考虑钢套的变形，铜套压缩变形后铜套内圆对钢套外圆最大过盈量：0.106mm。不考虑自润滑层材料差异，铜套压缩变形后一个铜套对钢套最大夹紧力约为736kN，而设备厂家估算最大夹紧力约为1000kN，按工作裕量每根专用螺杆承受力至少应图4假拐臂示意图大于2000kN，检修工装总体最多可以施加约4000kN作用力，满足使用要求。图5拔环和专用螺杆示意图3.4 压环为避免安装过程单独安装钢套和铜轴套导致自润滑材料的损坏，设计了安装压环将钢套和铜轴套连接成整体一起装入阀体内，如图6所示。图6压环示意图4. 检修工装的使用流程根据进水阀检修方案和工装设计，整个拆装顺序为：拆卸左岸拐臂、右岸安装假拐臂、左岸钢套拆卸、钢套脱开轴孔前用螺栓将铜套带出、拆除钢套和铜套、吊装到安装间清理检查并用安装压环组合新轴套备件和钢套、吊装到检修平台进行回装、安装假拐臂进行密封打压试验，然后按相同程序拆卸及回装另一侧，最后安装真拐臂进行密封打压试验。4.1 假拐臂安装逐一拆除右岸拐臂、限位铜环和U型密封盖，拆除右岸检修平台，并搭设临时检修平台，采用5t天车吊装假拐臂，带上6颗M52拐臂把合螺栓和螺母，但不上紧螺母。将调整垫块分别装入假拐臂和铜轴套法兰之间的空隙内，安装就位后用全牙螺杆和螺母带上，不上紧。用螺栓液压拉伸器将拐臂把合螺栓按规定的预紧力上紧，然后按规定力矩上紧24颗螺母。4.2 支撑工装安装在安装间将支撑工装及安装压环一起组装，并用5t天车吊入支撑工装，使其与枢轴连接，连接前先装配好两颗75销钉（113mm长），用M52螺栓液压拉伸器将拐臂把合螺栓上紧，预紧泵打压为110MPa，注意：支撑工装的支撑面应朝下。4.3 调整轴套与枢轴间隙在左岸用百分表测量枢轴与壳体间位移，用千斤顶向上顶支撑工装，观察百分表没有变化，说明右岸的假拐臂很好的起到了防止枢轴与壳体间产生相对位移的作用。松掉右岸假拐臂的把合螺栓，此时再在左岸用千斤顶向上顶支撑工装，使枢轴钢套间四周间隙均匀，为下一步拔钢套创造有利条件。枢轴钢套间间隙均匀后，将右岸假拐臂把合螺栓打紧，防止在拔钢套和铜轴套的过程中阀芯产生位移。4.4 拔钢套和铜套将拔环安装在支撑工装上，然后采用2根M48/M52螺杆和4根M36/M42螺杆加液压拉伸器拔钢套（大部分只用2根M48/M52螺杆即可拔出钢套）。待钢套移出一定距离后，将两根M30/M16螺杆穿过拔环装于铜轴套法兰面攻的M30螺纹内，外端M16螺杆部分固定连接于拔环上，用空心压机顶压环使钢套、铜套同时外移，待铜套出来200mm左右时更换空心压机位置到铜套后，单独将铜套顶出，最后将铜套、钢套固定为一体拔出阀体。待铜套、钢套被拔出后，使用假轴套垫于进水阀枢轴下部防止枢轴倾斜，再移除外侧的支撑压机将钢套、铜套同时吊出。4.5 新轴套安装清扫新轴套和钢套使用压环进行整体组装，清扫进水阀阀体内部及枢轴。安装时将工装及铜套、钢套同时吊下，使用空心压机将铜套、钢套缓慢压入阀体内。新轴套外部有5道密封，在每道密封进入阀体时均减慢压入速度，防止密封损坏。轴套和钢套安装好后应进行钢套打压试验，打压压力3.0Mpa，时间30min，左右岸均未出现泄露为正常。5. 检修工装应用实例2011年11月2日，惠蓄#5机组进水阀无法开启，惠蓄电厂检查及分析确认进水阀轴套故障，原轴套设计无法满足使用要求，因此计划对电厂所有球阀轴套进行换型工作。惠蓄电厂A厂2012年11月26日开始A厂上游水道排水, 然后进行球阀轴套更换以及相关的机组检修工作,12月20日A厂检修完成。惠蓄B厂2013年2月23日上游水道开始排水，至3月27日B厂球阀检修完成。球阀轴套更换现场见图7和图8。图7拔环现场图 图8拔钢套现场图除去排水时间，惠蓄完成一个厂4个球阀的检修，只需要20天左右。在每天一班的情况下，平均7天完成一个球阀的轴套更换工作。6. 结论该检修工装在惠蓄的轴套检修中发挥了重要作用，在工期较短的情况下完成了8个球阀的轴套更换工作，高效率检修与检修工装的合理设计和高效使用是分不开的，在惠蓄进水阀检修的过程中，前期准备工作非常充分，工装设计合理，使得整个检修工作得以顺利进行。对