高水头蝶阀

                       高水头蝶阀与球阀的实用评析

1问题的提出1.1项目特点ZJKF项目是由企业投资的基础性中型水电项目，实行核准制。ZJKF项目实行项目法人责任制等建设项目管理制度，项目法人是按公司法组建的有限责任公司（以下简称业主），业主是项目法人责任制的总
        1 问题的提出
        1.1 项目特点
        ZJKF项目是由企业投资的基础性中型水电项目，实行核准制。ZJKF项目实行项目法人责任制等建设项目管理制度，项目法人是按公司法组建的有限责任公司（以下简称业主），业主是项目法人责任制的总责任方，对项目投资方负责。
        ZJKF项目主要建筑物有进水口、引水隧洞、调压室、压力钢管、厂房；装机容量130MW（2´65MW）。主要机电设备：水轮机型号HLA351C-LJ-315，2台，额定出力67.0MW，额定转速300r/min，额定水头210.00m，额定流量34.60m3/s；发电机型号SF65-20/5800，2台，额定容量65MW，功率因数0.85；输电线路1回，输电电压110kV。
        1.2 问题的提出
        ZJKF项目机电设备的品种繁多，要求各不相同，从立项到建设，不可预计的因素较多，投资的动态变化较大。ZJKF项目机电设备投资权重较大、约占静态总投资的29.0%；其中，球阀投资约占设备购置费的9.6%、约占静态总投资的2.8%，对ZJKF项目建设产生的影响较大。
        针对ZJKF项目初步设计推荐球阀、价格太高，为了进一步提高投资效益，由业主主持进行ZJKF项目水轮机进水阀的应用研究。
        2 高水头蝶阀与球阀的技术经济比较
        2.1 比较方案的确定
        替代方案的选择原则是，一不漏、二不多、三选准；本电站zui大水头为221.05m，根据《水力发电厂机电设计规范》（以下简称设计规范），可供选择的水轮机进水阀型式还有蝶阀。因此，比较方案有蝶阀、球阀二个方案。
        2.2 高水头蝶阀与球阀技术经济比较
        （1）满足需要比较。水轮机进水阀的类型及适用范围主要和应用水头范围有关。ZJKF项目水头范围202.53~221.05m，根据《水电站机电设计手册——水力机械》（以下简称设计手册），球阀“应用水头范围≥200m”；设计规范则将设计手册蝶阀应用水头由200m提高到250m，即设计规范“zui大水头在250m及以下的水电厂宜选用蝶阀”。其中，球阀应用普遍，蝶阀也有多个类似项目的成功运行实例。因此，蝶阀和球阀满足需要方面均符合ZJKF项目水轮机进水阀功能目标要求。
        （2）价格比较。初步设计阶段，球阀概算价与蝶阀概算价比较约多342万元/台，球阀价格约为蝶阀的2.7倍；球阀价格偏高。
        （3）消耗费用比较。①成本费用方面，蝶阀结构较简单、外形尺寸较小、重量轻、制造成本低，球阀结构较复杂、外形尺寸较大、重量较重、制造成本高；蝶阀、球阀的估算重量分别为48t/台、100t/台，原材料费用球阀大于蝶阀；若基本折旧费用的设备残值率按4%、折旧年限按25年计算，年折旧费球阀比蝶阀约多13.1万元/台。②能源消耗方面，水力损失蝶阀较小、球阀接近于零，蝶阀的运行成本略高；蝶阀阻力系数按0.15、水力损失为0.32m，上网电价按0.26元/（kW•h）计算，每年能源消耗费用球阀比蝶阀约少7.8万元/台。
        （4）时间因素比较。生产期还本付息支出方面，年利率按7.84%、还贷期按20年等额还本付息计算，还本付息额球阀比蝶阀每年约多34.4万元/台，其中，20年支付利息总和多付346万元/台。
        按照“既能满足项目功能需要、又能降低设备投资”的思路，蝶阀能够满足项目水轮机进水阀功能需要，且蝶阀在价格、消耗费用等方面综合比较优于球阀，详见表1水轮机进水阀技术经济比较；选用蝶阀节约投资占设备总投资目标的6.1%，较大幅度地提高ZJKF项目投资效益。综上述，由业主在招标前推荐选用蝶阀被设计单位采纳。

表1 水轮机进水阀技术经济比较

        2.3 替代方案的效果
        2.3.1 简介
        2.3.1.1 蝶阀基本型式
        水轮机进水阀为液压操作的卧轴、双平板、双偏心水力与蓄能罐相配合的自关闭型通流式蝶阀，上游与压力钢管相连，下游通过伸缩节与水轮机蜗壳相连。操作机构采用直缸摇摆式中压（14.5~17MPa）单接力器，可就地操作和远程控制。在进水阀下游侧设一伸缩节，可方便进水阀的安装、拆装和检修。在进水阀上、下游侧延伸管上设有旁通阀，用来对蜗壳充水并平压，以消除进水阀在两侧的压差规定范围内开启时产生的振动。
        活门密封：进水阀工作密封采用橡胶-不锈钢密封结构。活门的密封圈采用实心高硬度耐磨橡胶，整体硫化，无缝连接，用耐腐蚀不锈钢螺钉固定在活门上，阀门所需密封比压通过螺钉调节。同时，可在不拆卸阀体的情况下，检修或更换活门密封圈。由于活门采用双偏心结构，因此，开阀时两密封面会很快脱离，磨擦行程非常短，磨擦系数较小，能有效地保护活门上的橡胶密封圈。
        阀轴密封：为了克服频繁运动产生的轴端密封磨损，阀轴密封采用抗泥沙蝶阀技术）双重补偿性运动密封结构，其进水端采用Yx密封圈密封，具有较高的弹性、自密封性和耐磨性，能有效地防止泥沙进入轴承内。后端采用预压可调成型填料结构，填料材料为夹织物橡胶材料，成型好，成型填料为五件一组结构，可形成三个密封环相当于三道橡胶密封圈。当长期运行产生一定磨损后，通过调节填料压盖上的调节螺钉仍可继续保持满意的抗泥沙密封效果。轴端密封可满足一个大修期不更换、不外漏的要求。
        2.3.1.2 基本参数与性能保证
        基本参数如表2所列。

表2 基本特性

        2.3.2 的效果
        招标设计前，通过业主主持完成技术经济比较，水轮机进水阀型式变更为蝶阀，节约投资占设备总投资的6.1%；招标设计阶段，通过优化，将双密封结构改为单密封结构，蝶阀中标价与球阀概算价比较节约投资约800万元；和球阀费用占设备购置费的9.6%相比较，蝶阀费用约占设备购置费的2.5%、节约投资占设备总投资的7.1%，水轮机进水阀投资大幅降低。为完成ZJKF项目机电设备及安装工程投资目标控制任务创造了有利条件。
        同时，采购的蝶阀为Ⅰ类厂，实现了业主董事会要求采购Ⅱ类厂及以上厂家设备的质量目标；为完成水轮机进水阀安装工程质量目标控制任务奠定了良好基础。
        3 结语
        （1）业主通过建设项目管理实践，在满足ZJKF项目水轮机进水阀功能目标的前提下，选用蝶阀不仅节省了厂房土建投资，而且较大幅度地节约了水轮机进水阀设备投资，节约投资约占机电设备总投资目标的7.1%，较大地提高了水轮机进水阀的设备投资效益；同时，间接节约了设备折旧费、生产期利息支出等ZJKF项目运行期的总成本费用，提高了ZJKF项目投资效益。
        （2）根据蝶阀设计、制造技术的进步，承压水头的逐步抬高，蝶阀应用水头范围zui大静水压已达230m、设计压力已达330m；建议电站zui大水头在250m及以下的水电厂选用蝶阀，可以大幅提高水轮机进水阀设备投资效益；有关选型、招标、技术协议可参考蝶阀选用、试验及验收导则。
        （3）针对影响机电设备投资的可能性主要是在前期工作及招标阶段的特点，建议业主加强前期工作及招标阶段机电工程设计的技术管理工作，充分发挥业主技术管理在机电设备投资控制工作中的建设管理主导作用；业主宜针对不同项目、业主自身与设计单位的技术力量情况，聘请专家或咨询公司协助进行工程设计管理。