高水頭蝶閥

                       高水頭蝶閥與球閥的實用評析

1問題的提出1.1項目特點ZJKF項目是由企業投資的基礎性中型水電項目，實行核準制。ZJKF項目實行項目法人責任制等建設項目管理制度，項目法人是按公司法組建的有限責任公司（以下簡稱業主），業主是項目法人責任制的總
        1 問題的提出
        1.1 項目特點
        ZJKF項目是由企業投資的基礎性中型水電項目，實行核準制。ZJKF項目實行項目法人責任制等建設項目管理制度，項目法人是按公司法組建的有限責任公司（以下簡稱業主），業主是項目法人責任制的總責任方，對項目投資方負責。
        ZJKF項目主要建筑物有進水口、引水隧洞、調壓室、壓力鋼管、廠房；裝機容量130MW（2´65MW）。主要機電設備：水輪機型號HLA351C-LJ-315，2臺，額定出力67.0MW，額定轉速300r/min，額定水頭210.00m，額定流量34.60m3/s；發電機型號SF65-20/5800，2臺，額定容量65MW，功率因數0.85；輸電線路1回，輸電電壓110kV。
        1.2 問題的提出
        ZJKF項目機電設備的品種繁多，要求各不相同，從立項到建設，不可預計的因素較多，投資的動態變化較大。ZJKF項目機電設備投資權重較大、約占靜態總投資的29.0%；其中，球閥投資約占設備購置費的9.6%、約占靜態總投資的2.8%，對ZJKF項目建設產生的影響較大。
        針對ZJKF項目初步設計推薦球閥、價格太高，為了進一步提高投資效益，由業主主持進行ZJKF項目水輪機進水閥的應用研究。
        2 高水頭蝶閥與球閥的技術經濟比較
        2.1 比較方案的確定
        替代方案的選擇原則是，一不漏、二不多、三選準；本電站zui大水頭為221.05m，根據《水力發電廠機電設計規范》（以下簡稱設計規范），可供選擇的水輪機進水閥型式還有蝶閥。因此，比較方案有蝶閥、球閥二個方案。
        2.2 高水頭蝶閥與球閥技術經濟比較
        （1）滿足需要比較。水輪機進水閥的類型及適用范圍主要和應用水頭范圍有關。ZJKF項目水頭范圍202.53~221.05m，根據《水電站機電設計手冊——水力機械》（以下簡稱設計手冊），球閥“應用水頭范圍≥200m”；設計規范則將設計手冊蝶閥應用水頭由200m提高到250m，即設計規范“zui大水頭在250m及以下的水電廠宜選用蝶閥”。其中，球閥應用普遍，蝶閥也有多個類似項目的成功運行實例。因此，蝶閥和球閥滿足需要方面均符合ZJKF項目水輪機進水閥功能目標要求。
        （2）價格比較。初步設計階段，球閥概算價與蝶閥概算價比較約多342萬元/臺，球閥價格約為蝶閥的2.7倍；球閥價格偏高。
        （3）消耗費用比較。①成本費用方面，蝶閥結構較簡單、外形尺寸較小、重量輕、制造成本低，球閥結構較復雜、外形尺寸較大、重量較重、制造成本高；蝶閥、球閥的估算重量分別為48t/臺、100t/臺，原材料費用球閥大于蝶閥；若基本折舊費用的設備殘值率按4%、折舊年限按25年計算，年折舊費球閥比蝶閥約多13.1萬元/臺。②能源消耗方面，水力損失蝶閥較小、球閥接近于零，蝶閥的運行成本略高；蝶閥阻力系數按0.15、水力損失為0.32m，上網電價按0.26元/（kW•h）計算，每年能源消耗費用球閥比蝶閥約少7.8萬元/臺。
        （4）時間因素比較。生產期還本付息支出方面，年利率按7.84%、還貸期按20年等額還本付息計算，還本付息額球閥比蝶閥每年約多34.4萬元/臺，其中，20年支付利息總和多付346萬元/臺。
        按照“既能滿足項目功能需要、又能降低設備投資”的思路，蝶閥能夠滿足項目水輪機進水閥功能需要，且蝶閥在價格、消耗費用等方面綜合比較優于球閥，詳見表1水輪機進水閥技術經濟比較；選用蝶閥節約投資占設備總投資目標的6.1%，較大幅度地提高ZJKF項目投資效益。綜上述，由業主在招標前推薦選用蝶閥被設計單位采納。

表1 水輪機進水閥技術經濟比較

        2.3 替代方案的效果
        2.3.1 簡介
        2.3.1.1 蝶閥基本型式
        水輪機進水閥為液壓操作的臥軸、雙平板、雙偏心水力與蓄能罐相配合的自關閉型通流式蝶閥，上游與壓力鋼管相連，下游通過伸縮節與水輪機蝸殼相連。操作機構采用直缸搖擺式中壓（14.5~17MPa）單接力器，可就地操作和遠程控制。在進水閥下游側設一伸縮節，可方便進水閥的安裝、拆裝和檢修。在進水閥上、下游側延伸管上設有旁通閥，用來對蝸殼充水并平壓，以消除進水閥在兩側的壓差規定范圍內開啟時產生的振動。
        活門密封：進水閥工作密封采用橡膠-不銹鋼密封結構。活門的密封圈采用實心高硬度耐磨橡膠，整體硫化，無縫連接，用耐腐蝕不銹鋼螺釘固定在活門上，閥門所需密封比壓通過螺釘調節。同時，可在不拆卸閥體的情況下，檢修或更換活門密封圈。由于活門采用雙偏心結構，因此，開閥時兩密封面會很快脫離，磨擦行程非常短，磨擦系數較小，能有效地保護活門上的橡膠密封圈。
        閥軸密封：為了克服頻繁運動產生的軸端密封磨損，閥軸密封采用抗泥沙蝶閥技術）雙重補償性運動密封結構，其進水端采用Yx密封圈密封，具有較高的彈性、自密封性和耐磨性，能有效地防止泥沙進入軸承內。后端采用預壓可調成型填料結構，填料材料為夾織物橡膠材料，成型好，成型填料為五件一組結構，可形成三個密封環相當于三道橡膠密封圈。當長期運行產生一定磨損后，通過調節填料壓蓋上的調節螺釘仍可繼續保持滿意的抗泥沙密封效果。軸端密封可滿足一個大修期不更換、不外漏的要求。
        2.3.1.2 基本參數與性能保證
        基本參數如表2所列。

表2 基本特性

        2.3.2 的效果
        招標設計前，通過業主主持完成技術經濟比較，水輪機進水閥型式變更為蝶閥，節約投資占設備總投資的6.1%；招標設計階段，通過優化，將雙密封結構改為單密封結構，蝶閥中標價與球閥概算價比較節約投資約800萬元；和球閥費用占設備購置費的9.6%相比較，蝶閥費用約占設備購置費的2.5%、節約投資占設備總投資的7.1%，水輪機進水閥投資大幅降低。為完成ZJKF項目機電設備及安裝工程投資目標控制任務創造了有利條件。
        同時，采購的蝶閥為Ⅰ類廠，實現了業主董事會要求采購Ⅱ類廠及以上廠家設備的質量目標；為完成水輪機進水閥安裝工程質量目標控制任務奠定了良好基礎。
        3 結語
        （1）業主通過建設項目管理實踐，在滿足ZJKF項目水輪機進水閥功能目標的前提下，選用蝶閥不僅節省了廠房土建投資，而且較大幅度地節約了水輪機進水閥設備投資，節約投資約占機電設備總投資目標的7.1%，較大地提高了水輪機進水閥的設備投資效益；同時，間接節約了設備折舊費、生產期利息支出等ZJKF項目運行期的總成本費用，提高了ZJKF項目投資效益。
        （2）根據蝶閥設計、制造技術的進步，承壓水頭的逐步抬高，蝶閥應用水頭范圍zui大靜水壓已達230m、設計壓力已達330m；建議電站zui大水頭在250m及以下的水電廠選用蝶閥，可以大幅提高水輪機進水閥設備投資效益；有關選型、招標、技術協議可參考蝶閥選用、試驗及驗收導則。
        （3）針對影響機電設備投資的可能性主要是在前期工作及招標階段的特點，建議業主加強前期工作及招標階段機電工程設計的技術管理工作，充分發揮業主技術管理在機電設備投資控制工作中的建設管理主導作用；業主宜針對不同項目、業主自身與設計單位的技術力量情況，聘請專家或咨詢公司協助進行工程設計管理。