凑合节在球阀安装中若干问题的研究

葛军强

（国网新源控股有限公司，北京市 100761）

凑合节在球阀安装中若干问题的研究

葛军强

（国网新源控股有限公司，北京市 100761）

凑合节上游连接压力钢管、下游连接球阀上游连接管，其安装质量对整个球阀的安全稳定运行有着重要影响，通过分析和实际应用，本文总结了凑合节制造安装单位的选择以及安装、配割方式对球阀整体安装质量的影响。

凑合节；球阀；压力钢管

0 概述

在水电站中，装置在蜗壳前、连接引水系统与水轮机蜗壳的阀门统称为主进水阀。主进水阀一般可分为蝶阀、球阀等，抽水蓄能电站由于水头高、压力大的特点，主进水阀一般采用球阀。球阀在安装过程中，由于上游连接引水系统压力钢管，下游连接蜗壳，因此引水系统压力钢管与蜗壳进口段中心位置偏差是否在设计允许范围值内，与球阀的安装质量密切相关。根据水电站一般建设程序，球阀安装之前，蜗壳与引水系统压力钢管均已安装完成，并已浇筑混凝土，为使上游压力钢管、球阀、蜗壳三者形成平缓过流面，在球阀安装过程中，压力钢管凑合节成为调节压力钢管与蜗壳安装偏差的较好途径。

1 球阀的结构及主要作用

1.1 结构

球阀设计为卧轴、油压操作、双面金属密封、水压操作密封环、套筒式伸缩节结构，主要由球阀阀体、活门、上游及下游密封、伸缩节、上游延伸段、旁通阀、操作机构等部件组成。阀体的底部设有排污阀，用于检修时排掉积水和泥沙，正常运行时处于关闭状态。阀体的顶部设有排气阀，用于在充水时排出阀体内的空气，正常运行时处于关闭状态。

球阀上下游连接管（延伸段）与球阀本体用螺栓把合，球阀下游伸缩节（含下游连接管）通过螺栓与蜗壳延伸钢管段相连，蜗壳延伸段与蜗壳进口段在工地焊接。

凑合节上游与压力钢管定位环相连、下游与球阀上游连接管（延伸段），采用工地焊接形式。

1.2 主要作用

（1）为机组检修提供安全工作条件。机组检修时，在静水中关闭进水阀，截断机组进水。同时，对于引水系统一管多机的电站，检修时隔离机组上游隧道，保证其他非检修机组的正常运行。

（2）减少导叶漏水量。对于高水头水电站，因其高水头、压力大，导叶漏水量大，设置主进水阀可以减少导叶漏水，从而可以避免因漏水造成的导叶间隙之间空蚀损坏，以及因导叶漏水量增大导致不能停机的问题。

（3）缩短机组重新启动时间。对于长引水管道的水电站，因其充水时间长，延长了机组的启动时间，设置主进水阀可缩短机组重新启动所需的时间，提高机组运行的灵活性。

（4）避免事故扩大。当水轮机组调速系统发生故障，机组转速升高到整定值的情况下，动水紧急关阀，防止事故进一步扩大。

2 球阀的安装工艺流程

球阀的安装主要包括球阀及接力器基础安装、球阀吊装、伸缩节安装、上游连接管安装、接力器安装、油压装置安装、压力钢管及蜗壳排水管安装、自动化元件及附件安装。球阀的安装方式或程序可以有多种，主要还要由安装单位根据现场安装条件以及实际经验进行确定。

球阀安装前的球阀本体及接力器基础混凝土强度应达到设计要求，特别是基础板下方浇筑的二期混凝土，不应有脱空情况。现场具备安装条件后，首先，吊入凑合节，初步调整凑合节下游侧管口的中心、高程，根据测量数据初次配割压力钢管凑合节（预留10mm第二次配割），并与压力钢管定位节初步固定；其次，将接力器吊入并连接在基础板上临时固定，吊入上下游连接管并临时存放在球阀基础上下游；然后，将球阀本体吊装至球阀基础，调整中心、高程、方位及水平；测量球阀上游侧法兰至凑合节距离、下游侧法兰至蜗壳进口段距离，和球阀上下游连接管实际长度对比，第二次配割凑合节，切割量应考虑焊接收缩2mm；将上游连接管与球阀上游侧法兰用螺栓预装，将下游连接管与球阀下游侧法兰用螺栓预装；将凑合节与压力钢管、上游连接管焊接，将伸缩节延伸段与蜗壳进口段焊接；焊接完成后，依次把紧球阀与上下游连接管的法兰、球阀基础固定螺栓；最后，完成接力器正式、油压装置及操作系统管路。

球阀安装流程如图1所示。

3 凑合节制造安装单位的选择

考虑到压力钢管凑合节属于高强钢，且在球阀安装中的作用较为重要，单位的选择也将直接影响到其安装制造质量。从目前国内的水电机组安装情况来看，一般情况有如下几种方式，各有其优缺点。

图1 球阀安装流程图

（1） 制造安装单位均由引水系统施工单位完成。这种方式比较适合引水系统属于钢衬的衬砌形式，引水系统施工单位在现场制造引水系统压力钢管时，可以同时制造凑合节，现场制造的设备与人员有保障，可保证凑合节制造水平。但由于引水系统压力钢管施工与蜗壳、球阀安装有一定施工时间差，引水系统施工单位提前将凑合节与压力钢管焊接好的话，如果蜗壳进口段与压力钢管中心偏差较大，凑合节将只有下游侧孔口可以配割，增加了利用凑合节调整的难度。如果引水系统单位将压力钢管施工完成后，不焊接凑合节，等到蜗壳安装完成、球阀到货后，与球阀一起安装，虽然凑合节上下游孔口在球阀安装时均可切割，提高了压力钢管、球阀、蜗壳三者中心位置调整的便利性，但引水系统施工单位施工和焊接人员此时可能已大部分撤离，人员上可能无法保障。

（2）制造由引水系统施工单位负责，安装由机组安装单位负责。如上所述，如果凑合节由引水系统施工单位负责，安装由机电安装单位负责，由机电安装单位负责凑合节上下游焊缝的现场配割、焊接等工作，将有效解决上述问题。但由于机电安装单位在高强钢的焊接能力、经验方面，可能会与压力钢管专业制造安装单位存在一定差距，如果凑合节上下游这两条焊缝过程质量控制不严，可能会影响焊缝焊接质量，进而对地下厂房安全造成一定威胁。

（3） 制造由主机设备厂家负责，安装由机组安装单位负责。这种方式比较适合于引水系统属于混凝土衬砌的形式，混凝土衬砌的引水系统，施工现场一般不设立钢管制造厂，由于制造量较少，一般纳入主机标，由主机制造单位负责制造、机组安装单位负责安装。

4 凑合节安装方式的选择

凑合节一般有瓦片凑合、套筒式、整体凑合等方式，我国压力钢管凑合节安装的传统工艺为瓦片式，瓦片式凑合节最少需要分3块瓦（底部一块、顶部两块对称布置），现场需要焊接3条纵缝，增加了焊接应力，尤其是与合拢缝的“丁”字焊接处，产生应力集中，从而导致凑合节成为整条钢管受力的薄弱部位。20世纪90年代，从国外引进了套筒式的安装工艺，其后，该方法便与瓦片式安装方法并行于业界。然而，这两种方式均存在较大缺点，整体式凑合节与之相比，不仅安装质量好、省时、经济，而且残余应力小，受力状态好，将是今后凑合节安装工艺的大势所趋。

（1）取消了安装现场纵缝。大大减少了凑合节安装时的径向应力和应力集中现象，改善凑合节在整条钢管内的受力特点，提高了钢管的使用寿命。

（2）降低了安装难度。采用瓦片式凑合时，需要在一块瓦片的长度方向预留切割裕量，现场安装最少需要一条纵缝进行切割拼凑，且环峰压装时，瓦片易产生扭曲变形。而采用整体安装时，将管节直接整体吊入安装位置，组装采用对称法压缝，有效释放内部应力，不会产生整节钢管的扭曲变形，大大降低了安装难度，提高安装质量。

（3） 减少了吊装程序。整体凑合时每个凑合节只需一次吊装，而采用瓦片凑合最少需要吊装3次。

（4）降低了安装成本。整体凑合大大降低了机械和人工的使用量，与瓦片凑合相比，降低机械设备使用量2/3，减少人工约1/2，经济效益明显。

5 凑合节的配割方式

现场直接量取凑合节制作长度，以相邻上下两管口下底点为基准，按15°等分圆周，每等分量取一组数据，并根据上下管口中心偏差，将量取的尺寸进行修正，确定下料尺寸。如果球阀中心与压力钢管中心偏差较小（6mm以内），焊接时可通过控制错牙量（错牙最大不超过壁厚的10%，且不超过6mm），来满足凑合节安装的技术要求。如果球阀中心与压力钢管中心偏差较大，可同时配割凑合节上下游，将凑合节截面配割成近似于平行四边形。

6 凑合节的整体安装

凑合节安装时，上游缝为合拢缝。安装压缝时，对合拢缝不进行定位焊接，采用骑马板限位固定，骑马板一端与管壁焊接，另一端自由，并紧贴管壁，保证下游焊缝压缝和焊接时凑合节的上游管口能够自由伸缩，减少下游焊缝的拘束应力。为防止环缝压装时产生扭曲，上下游环缝从下底点开始，分4组人员左右对称同时压装，下游缝在外侧进行定位焊接，上游缝在外侧焊接骑马板限位，压缝是保证错位小于1mm，环缝间隙0～3mm。为控制钢管的受力状态，减少整条钢管在凑合节安装后的拉应力作用，凑合节的尺寸在施工阶段最低温度时量取，安装时的温度保持与量取时基本一致。

凑合节压缝完成，环缝焊接之前，对焊缝间隙、错台、管壁直线度进行检查，合拢焊缝完成后，先进行外观检查，检查合格后按一类缝标准进行探伤检测，检查结果应都能达到设计和规范要求。

7 结束语

压力钢管凑合节的安装质量，对地下厂房的安全至关重要，因此必须加强凑合节制造安装验收等各环节的管理，确保制造安装质量，同时，在机组投产运行后，还应加强焊缝的变形监测，确保不发生由于凑合节制造安装质量引起水淹厂房事故。

[1] 李浩良，孙华平．抽水蓄能电站运行与管理．杭州：浙江大学出版社，2013．

[2] 杜天棕．压力钢管凑合节结构与施工的探讨．焊接技术，1999，28（5）：33-35．

葛军强（1981—），男，硕士，工程师，主要从事抽水蓄能电站水机专业管理。

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