研究大型雙平板活門式蝴蝶閥
水輪機進水管道上一般都裝設有進口閥門，蝴蝶閥、球閥、轉筒閥、閘閥、針閥是水輪機行業(yè)目前常用的進口閥。進口閥門作為水輪機組的啟閉機構是水輪機很重要的輔助設備，連接壓力水管和蝸殼。蝴蝶閥是低、中水頭，大、中型水輪機常用的一種進口閥，其優(yōu)點是比其它型式的進口閥門外形尺寸小，重量輕，結構簡單，操作方便。卡倫Ⅲ水輪機采用的是Φ5200mm臥軸蝴蝶閥，是世界上尺寸最大的，其立式裝配方式是哈電公司首次在大型混流式機組上采用。
1 研究內容
1.1 蝴蝶閥閥體加工工藝的研究
閥體通過接力器與電站自動化部分的油壓管路連接，通過油壓系統(tǒng)實現(xiàn)活門的開關。機組正常工作狀態(tài)下，水流由閥體中通過，閥體承受水壓力，同時支持蝴蝶閥的所有部件，承受操作力和操作力矩，因此閥體要有足夠的剛性。卡倫Ⅲ蝶閥采用的是鑄焊結構，兩端軸座采用的是ZG20SiMn材質，上、下法蘭板及閥身、肋板采用的是Q235鋼板，閥體分兩瓣單獨焊接。最大焊接尺寸為Φ6300mm，焊接件高度為1950mm，總焊接重量達92t。
1.1.1 閥體兩端軸孔尺寸公差和形位公差的保證
閥軸軸孔與閥軸的配合情況直接影響到活門的旋轉開啟動作是否靈活。為此，采用在五座標數(shù)控鏜銑床上用小直角銑頭走圓弧插補加工找正段，再單鏜閥體閥軸軸孔的方法來實現(xiàn)，具體步驟如圖1所示。
（1）工件立放，地腳朝上，帶密封槽端法蘭面朝向鏜床，地腳下面墊調整方箱，背靠彎板，找正工件后將工件壓牢。
（2）工件如圖1所示，先銑A端平面及內孔。
（3）滑枕退回移動立柱到C端滑枕伸出同樣的長度加工C端平面及內孔。
（4）直角銑頭旋轉180°，用千分表測銑頭上的找正基準全長為零，鏜B端平面及內孔。
（5）滑枕退回移動立柱到D端，銑D端平面及內孔。采用上述方案，可保證閥軸軸孔的同軸度及軸孔端面的平面度符合圖紙要求，保證閥體加工精度。
1.1.2 保證密封座與橡膠密封條的配合尺寸
中、小機組閥體密封面一般為堆焊不銹鋼結構，對于大中型機組，此方案不宜采用，因為大堆焊量容易導致閥體焊接變形過大，加工精度不好控制，故大型機組多采用把合密封座再與閥體同加工密封面的方法，該結構的優(yōu)點是加工后的密封面尺寸精度高，同時密封座為可更換件，磨損后易于更換�？▊怚II蝶閥密封座尺寸達到Φ5280mm，密封座上的Φ5180-160-Φ32把合孔為加工難點，要求分度準確。工藝采用在8.5m數(shù)控立車上加工密封座，靠8.5m數(shù)控立車卡盤的分度精度來保證把合孔的分度精度（8.5m數(shù)控立車的卡盤分度精度可達到±4"）。密封座把合到閥體上后，數(shù)控編程加工密封面，保證密封面兩個直線段與兩個R10圓弧段圖1的準確過渡。
1.2 雙平板活門加工工藝的研究
活門在全關位置時承受全部水壓，在全開位置，處在水流中心，因此不但要有足夠的強度和剛度，而且要有良好的水力性能。大、中型活門一般為中空殼體�？▊悽蠡铋T為鑄焊結構，軸座材質為鑄鋼20SiMn，蓋板、底板、肋板為Q235鋼板，整體焊接。焊接重量達68t，最大焊接尺寸Φ5030mm，焊接件高度達到1790mm。
由于閥體和活門的連接是采用螺栓把合的形式實現(xiàn)的，在Φ5000mm左右的節(jié)圓上均布了200把合螺孔，如何保證這些把合螺孔的精度，關系到閥體和活門之間的組合精度。由于蝴蝶閥實現(xiàn)水輪發(fā)電機組啟動或停機是通過閥體與活門之間的大型橡膠密封帶實現(xiàn)的，如果閥體與活門之間的尺寸精度無法保證，將直接影響到水密封的效果，而活門閥軸軸孔的精度則直接關系到蝴蝶閥的安裝精度，為保證上述幾何尺寸，工藝上采用閥體活門通過連接工具臨時組合再數(shù)控同鏜的方法來實現(xiàn)。為此，根據(jù)閥體、活門把合螺孔的位置專門提制了一套固定工具用來把合蝶體、活門，具體操作步驟見圖2。
（1）將閥體組合成整圓，用固定工具將閥體、活門分別通過閥體、活門上的螺孔把合在一起，用定位塊搭焊牢固。
（2）將閥體、活門的組合體吊在鏜床工作臺上，按閥體上的一端軸孔平面及內孔找正工件后夾緊工件。
（3）按閥體閥軸軸孔找正鏜桿后單鏜活門閥軸軸孔，因閥體、活門閥軸軸孔找正基準相同，故兩閥軸軸孔同軸度精度高。
1.3 通用水壓工具提制及水壓實驗研究
閥體是承受水壓的部件，加工后廠內應作水壓試驗，卡倫III蝶閥要求水壓試驗壓力3.45MPa，時間30min。傳統(tǒng)的水壓試驗工具為工藝提制閥體上、下法蘭悶頭及兩閥軸軸孔蓋板，把合后形成一個封閉的空間，在此空間內注入壓力水，在檢測時間內觀察蝴蝶閥閥體的泄漏情況。對于大型蝶閥，水壓試驗蓋為大尺寸鑄件，鑄造周期廠，成本高，造價不菲，無形中增加了成本，加之鑄鍛本身容易存在鑄造缺陷，如探傷無法發(fā)現(xiàn)，則給水壓試驗增加了安全隱患�？▊怚II蝶閥尺寸為Φ5200mm，在提制水壓蓋時，將水壓試驗蓋進行了改進，由整體鑄造結構改為鋼板焊接結構，主試驗蓋由20g鋼板整體壓制，再與厚鋼板結構的法蘭焊接而成。這種結構在節(jié)約成本、縮短生產(chǎn)周期的同時，大大提高了水壓試驗蓋的安全系數(shù)，同時法蘭板采取加寬的形式，經(jīng)過改造后還可用在其他同級別機組的蝴蝶閥試驗中。
1.4 立式裝配及操作實驗的研究
蝶閥操作試驗的完成情況是決定蝶閥能否正常啟閉的關鍵，因大型蝶閥裝配尺寸高，裝配難度大，傳統(tǒng)的操作試驗方法是蝶閥臥放，用吊車拉動轉臂重錘，觀察轉臂重錘的旋轉角度與活門旋轉角度之間的關系。這種方法接力器不參加操作試驗，因此無法保證接力器行程與轉臂重錘、活門之間的連接開啟動作一致，容易導致雖然操作實驗可能完成成功，但在電站實際安裝過程中卻無法保證接力器行程的問題�？▊怚II蝶閥是我公司首次對大型蝶閥采用立式裝配及操作試驗，該試驗的優(yōu)點是試驗位置就是蝶閥的工作位置，試驗成功可保證蝶閥在工作過程中接力器行程、轉臂重錘與活門之間的開啟動作更和諧。但由于蝶閥尺寸大，總裝配高度達到7500mm，給裝配帶來了很大的不便，根據(jù)這一情況，制訂了合理的裝配工藝，順利地完成了裝配工作，具體工藝過程見圖3。
（1）清理裝配平臺，在裝配平臺上放兩組1150mm等高方箱并找方箱水平，找正后將方箱壓牢在裝配平臺上。在大方箱上放置6個500mm高小方箱來調整裝配高度，保證兩組方箱之間的距離與蝶閥地腳支腿的距離相等。將方箱全部固定不允許松動。兩個支承架放置到方箱的同側，用螺釘、壓板壓牢，下墊7mm厚墊板。然后將支承架彎板安放在支承架上，測量兩彎板中心把合孔間距，符合要求后將彎板固定。
（2）在閥體上通過閥軸中心劃水平、垂直中心線，劃重錘全關、全開位置線（在兩軸端面上、指示裝置底板上），盡量使其延長，以便于裝配過程中觀察。將閥體活門組合體翻轉90°，垂直吊放到裝配平臺的方箱上，對正彎板的把合孔用螺釘將閥體和彎板把合在一起，然后將組合體把緊、壓牢在方箱上。用小吊車吊另外兩個支承架至裝配平臺，平靠在閥體端面上，不允許超出軸頭端面，用螺釘、壓板將其固定在平臺上。這時支承架底部墊7mm墊板，吊支承架彎板至支承架上，貼緊閥體端面，對正把合孔把上螺釘（與閥體和支承架）。在轉臂上劃出中心線并引至大孔外圓上。在全關位置裝轉臂重錘，按線對正后用搭焊板將轉臂與閥軸搭焊在一起，焊接時注意不應使轉臂與閥軸有相對位置移動。
（3）劃定位銷孔加工線，用可移式鏜床鉆、擴、鉸定位銷孔并裝銷。裝銷后將搭焊塊磨開，端面及搭焊處磨平后裝壓蓋。鎖定接力器，裝配、打壓試驗完畢。鎖定鉤壓瓦后檢查內徑尺寸合格。研配鎖定鉤，按實際位置配鉆、攻把鎖定接力器孔，裝接力器，將接力器與鎖定鉤連在一起。接力器裝配完畢后運至總裝現(xiàn)場。按圖紙尺寸裝接力器和支座，注意先將支座裝于基礎板上，再裝在接力器上。全關位置調整后將基礎板固定在裝配平臺上。這時在裝配平臺上放置7mm厚的墊片，然后將接力器與轉臂裝在一起。割去活門、閥體上的搭焊拉筋。裝蝶閥操作接力器油管路系統(tǒng)，接力器內充油。用鎖定接力器打開鎖定鉤，操作蝶閥接力器做活門開關試驗，記錄油壓。按接力器行程配鉆攻底板上的安裝孔，并裝刻度板及行程開關。配裝蝶閥指示裝置。在蝶閥全開位置劃定位銷孔加工線，吊可移式鏜床至裝配現(xiàn)場，鉆、鏜Φ100mm定位銷孔。
（4）在0.5MPa油壓時，接力器應能靈活操作活門開關。在全開位置，鎖錠接力器鎖錠重錘，逐步卸油壓，當主接力器油壓為零時，用吊車吊重錘，打開鎖定鉤，緩慢落下重錘，做重錘自關閉試驗。
實際操作實驗過程中，接力器行程與轉臂重錘及活門旋轉角度之間的關系符合設計要求，接力器油壓0.2MPa即可操作活門開啟，重錘的自關閉功能實現(xiàn)良好，模擬真機運行狀態(tài)的操作試驗區(qū)成功。
2 總結
卡倫III水輪機蝶閥加工裝配及操作實驗的順利完成，成功地解決了在大型蝴蝶閥閥體、活門加工中出現(xiàn)的技術問題，成功地在生產(chǎn)車間模擬了真機運行狀態(tài)下蝴蝶閥的操作狀態(tài)，為生產(chǎn)Φ5000m以上的大型蝶閥積累寶貴的經(jīng)驗。
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