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(yè)投資的基礎(chǔ)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(shè)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(yè)主），業(yè)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(yè)投資的基礎(chǔ)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(shè)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(yè)主），業(yè)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(diào)壓室、壓力鋼管、廠房；裝機容量130MW（2´65MW）。主要機電設(shè)備：水輪機型號HLA351C-LJ-315，2臺，額定出力67.0MW，額定轉(zhuǎn)速300r/min，額定水頭210.00m，額定流量34.60m3/s；發(fā)電機型號SF65-20/5800，2臺，額定容量65MW，功率因數(shù)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(shè)備的品種繁多，要求各不相同，從立項到建設(shè)，不可預(yù)計的因素較多，投資的動態(tài)變化較大。ZJKF項目機電設(shè)備投資權(quán)重較大、約占靜態(tài)總投資的29.0%；其中，球閥投資約占設(shè)備購置費的9.6%、約占靜態(tài)總投資的2.8%，對ZJKF項目建設(shè)產(chǎn)生的影響較大。
        針對ZJKF項目初步設(shè)計推薦球閥、價格太高，為了進一步提高投資效益，由業(yè)主主持進行ZJKF項目水輪機進水閥的應(yīng)用研究。
        2 高水頭蝶閥與球閥的技術(shù)經(jīng)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(jù)《水力發(fā)電廠機電設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱設(shè)計規(guī)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(shù)經(jīng)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(yīng)用水頭范圍有關(guān)。ZJKF項目水頭范圍202.53~221.05m，根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊——水力機械》（以下簡稱設(shè)計手冊），球閥“應(yīng)用水頭范圍≥200m”；設(shè)計規(guī)范則將設(shè)計手冊蝶閥應(yīng)用水頭由200m提高到250m，即設(shè)計規(guī)范“zui大水頭在250m及以下的水電廠宜選用蝶閥”。其中，球閥應(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)較簡單、外形尺寸較小、重量輕、制造成本低，球閥結(jié)構(gòu)較復(fù)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(shè)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(shù)按0.15、水力損失為0.32m，上網(wǎng)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(chǎn)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(shè)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(yōu)于球閥，詳見表1水輪機進水閥技術(shù)經(jīng)濟比較；選用蝶閥節(jié)約投資占設(shè)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(yè)主在招標前推薦選用蝶閥被設(shè)計單位采納。

表1 水輪機進水閥技術(shù)經(jīng)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(guān)閉型通流式蝶閥，上游與壓力鋼管相連，下游通過伸縮節(jié)與水輪機蝸殼相連。操作機構(gòu)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(cè)設(shè)一伸縮節(jié)，可方便進水閥的安裝、拆裝和檢修。在進水閥上、下游側(cè)延伸管上設(shè)有旁通閥，用來對蝸殼充水并平壓，以消除進水閥在兩側(cè)的壓差規(guī)定范圍內(nèi)開啟時產(chǎn)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(jié)構(gòu)。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(diào)節(jié)。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(jié)構(gòu)，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(shù)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(chǎn)生的軸端密封磨損，閥軸密封采用抗泥沙蝶閥技術(shù)）雙重補償性運動密封結(jié)構(gòu)，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(nèi)。后端采用預(yù)壓可調(diào)成型填料結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，可形成三個密封環(huán)相當于三道橡膠密封圈。當長期運行產(chǎn)生一定磨損后，通過調(diào)節(jié)填料壓蓋上的調(diào)節(jié)螺釘仍可繼續(xù)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(shù)與性能保證
        基本參數(shù)如表2所列。

表2 基本特性

        2.3.2 的效果
        招標設(shè)計前，通過業(yè)主主持完成技術(shù)經(jīng)濟比較，水輪機進水閥型式變更為蝶閥，節(jié)約投資占設(shè)備總投資的6.1%；招標設(shè)計階段，通過優(yōu)化，將雙密封結(jié)構(gòu)改為單密封結(jié)構(gòu)，蝶閥中標價與球閥概算價比較節(jié)約投資約800萬元；和球閥費用占設(shè)備購置費的9.6%相比較，蝶閥費用約占設(shè)備購置費的2.5%、節(jié)約投資占設(shè)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(shè)備及安裝工程投資目標控制任務(wù)創(chuàng)造了有利條件。
        同時，采購的蝶閥為Ⅰ類廠，實現(xiàn)了業(yè)主董事會要求采購Ⅱ類廠及以上廠家設(shè)備的質(zhì)量目標；為完成水輪機進水閥安裝工程質(zhì)量目標控制任務(wù)奠定了良好基礎(chǔ)。
        3 結(jié)語
        （1）業(yè)主通過建設(shè)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(jié)省了廠房土建投資，而且較大幅度地節(jié)約了水輪機進水閥設(shè)備投資，節(jié)約投資約占機電設(shè)備總投資目標的7.1%，較大地提高了水輪機進水閥的設(shè)備投資效益；同時，間接節(jié)約了設(shè)備折舊費、生產(chǎn)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(jù)蝶閥設(shè)計、制造技術(shù)的進步，承壓水頭的逐步抬高，蝶閥應(yīng)用水頭范圍zui大靜水壓已達230m、設(shè)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(shè)備投資效益；有關(guān)選型、招標、技術(shù)協(xié)議可參考蝶閥選用、試驗及驗收導(dǎo)則。
        （3）針對影響機電設(shè)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(yè)主加強前期工作及招標階段機電工程設(shè)計的技術(shù)管理工作，充分發(fā)揮業(yè)主技術(shù)管理在機電設(shè)備投資控制工作中的建設(shè)管理主導(dǎo)作用；業(yè)主宜針對不同項目、業(yè)主自身與設(shè)計單位的技術(shù)力量情況，聘請專家或咨詢公司協(xié)助進行工程設(shè)計管理。