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摘要：惠州蓄能水电厂机组进水阀轴套故障后无法正常开启，影响机组的运行，需进行检修更换。进水阀轴套更换有带水检修和排水检修两种方案，惠蓄机组布置是一洞四机，带水检修不影响其它机组的正常运行，能带来巨大经济效益，但由于惠蓄机组水头高，检修过程风险高，且施工难度大。本文设计了惠蓄进水阀带水检修方案，通过对带水检修方案中各部件的变形和应力进行分析研究，最终确定了带水检修方案在惠蓄不可行，给今后进水阀轴套检修提供了参考。
关键词：进水阀轴套；高水头；带水检修
1电站概况
惠州蓄能水电厂（以下简称惠蓄）位于广东省惠州市博罗县，距惠州市28公里，距深圳市77公里，距广州市112公里。电站设计安装8台30万千瓦可逆式抽水蓄能发电机组，总装机容量240万千瓦，具有调峰填谷、调频调相、紧急事故备用等功能，为南方电网安全稳定运行提供多功能综合服务，是国家"西电东送"能源战略的重要配套工程。主体工程于2004年10月正式开工，2009年5月首台机组投产发电，2011年全部建成投产。
惠蓄进水阀型式为进水阀，直径2m，上游水压6MPa。设计压力7.6MPa，双接力器操作。进水阀轴套为青铜表面粘接共计24块feroglideT814材料的TENMAT自润滑层。
2问题背景
2011年11月2日，惠蓄#5机组进水阀无法开启，惠蓄电厂根据检查及分析确认为进水阀轴套故障问题引起，随后不久，惠蓄#3机组于2012年2月6日、#4机组于2012年5月1日、#1机组于2012年11月15日相继出现进水阀无法开启的情况。
3检修方案选择
针对进水阀接连出现开启不成功的故障，惠蓄技术人员与设计厂家ALSTOM公司不断进行联系磋商，在确认原TENMAT自润滑层发生剥落造成轴套卡塞为进水阀开启失败原因的情况下，对接下来的轴套更换方案进行研究。
蓄能电站与常规电站在进水阀设计上不同，常规电站进水阀仅检修时操作，而蓄能电站进水阀每次開停机均要进行开关，用来截断高水头下的水流，因此进水阀发生开关问题后机组无法使用；同时蓄能电站为减少开挖量，一般都设置为几台机组共用一条水道，惠蓄就为一洞四机的结构（见图1），即一条水道对应四台机组。因此在一台机组进水阀出现问题后，不光只是该机组不可用，为了对该台机组进行检修，采用常规的排水检修方案就需要排空共用水道，这就造成一厂（惠蓄分A、B两厂建设）四台机组全部不可用，经济损失及相关的综合效益损失都很巨大；对水工建筑物而言，水道的排充水对里衬也会造成不可预计的损伤。
考虑到进水阀轴套故障属于普遍性缺陷，且短时期内无法设计出新型轴套进行改造，为保证轴套故障时能够迅速更换，惠蓄决定对带水检修方案进行研究。
4带水检修方案设计
此前，英国Dinorwig电站曾成功完成在不排水条件下完成更换进水阀轴套，具体实施方案为：在进水阀下游侧安装闷头和支撑环，在闷头内通过外力施加超过上游侧的压力P0，使得阀芯向上游侧移动从而调节枢轴和轴套之间的间隙，然后通过预紧支撑环上的螺栓来锁锭阀芯（见图2）。
惠蓄在借鉴英国Dinorwig电站方案的基础上完成了惠蓄进水阀带水检修的初步方案：下游侧安装闷头和支撑环，支撑环顶在下游密封座上，通过液压拉伸器推动闷头使得支撑环顶着阀芯向上游侧移动来调节枢轴和轴套之间的间隙，然后通过预紧支撑环上的螺栓来锁锭阀芯。（惠蓄方案与Dinorwig电站方案区别在于推动阀芯的力量是机械力）。
5带水检修方案可行性分析
对该方案而言，关键点就在于对各部件在高压状态下的应力变形进行分析计算，以确保轴套在一个整周均有充裕间隙的情况下更换，同时还不能对其他部件造成损伤。对此，采用有限元进行了分析：
1）轴承座（阀体枢轴处）变形量计算结果。如图3所示，轴承座里侧总间隙在阀芯两边作用力相同时减少了0.474mm，若下游侧作用力为1.2倍时间隙减少0.566mm，而从安装图纸的公差配合算出轴承座与铜轴套之间间隙为0.026～0.256mm，说明此时轴承座已紧紧压住铜套。
Case1：下游侧施加机械力与上游侧相同；Case2：下游侧施加机械力为上游侧1.2倍）
2）枢轴侧向位移量计算结果。如图4所示，若枢轴由于阀芯受力不均匀导致发生侧向位移，则更进一步减少拔轴套所需要的空间。从计算结果看，上下游作用力相同时侧向位移量为0.23mm，下游侧作用力为1.2倍时侧向位移量为0.34mm。
3）下游密封面压应力计算结果。如图5所示，由于阀芯变形，下游密封面压应力分布不均匀，且下游侧作用力为1.2倍时密封面最大压应力在最内侧，接触面积很小。
4）阀芯应力计算结果。如图6所示，综合考虑屈服应力和弯曲应力，阀芯受到的应力在其材料的强度范围内。
从上述计算结果看，采用带水检修方案，由于阀体和阀芯变形，轴套与阀体间受挤压处于过盈配合状态，轴套的拆卸和安装基本无法实现，且方案中采用下游密封座作为受力面推动阀芯往上游侧移动存在损坏下游密封座和上游密封的风险，严重后果可能造成水淹厂房。
6总结
惠蓄机组全部投产后，由于启动频繁，在同期建设的三个电站中最先暴露了原轴套设计上的缺陷，问题发生后，惠蓄积极与设计厂家沟通协调，对带水检修方案进行深入的分析与研究，虽然最终确定该方案不可行，但方案的设计和研究可作为同类电站进水阀轴套检修技术的参考，相信会给国内的相关设计、制造以及使用提供借鉴。
关键词：进水阀轴套；高水头；带水检修
1电站概况
惠州蓄能水电厂（以下简称惠蓄）位于广东省惠州市博罗县，距惠州市28公里，距深圳市77公里，距广州市112公里。电站设计安装8台30万千瓦可逆式抽水蓄能发电机组，总装机容量240万千瓦，具有调峰填谷、调频调相、紧急事故备用等功能，为南方电网安全稳定运行提供多功能综合服务，是国家"西电东送"能源战略的重要配套工程。主体工程于2004年10月正式开工，2009年5月首台机组投产发电，2011年全部建成投产。
惠蓄进水阀型式为进水阀，直径2m，上游水压6MPa。设计压力7.6MPa，双接力器操作。进水阀轴套为青铜表面粘接共计24块feroglideT814材料的TENMAT自润滑层。
2问题背景
2011年11月2日，惠蓄#5机组进水阀无法开启，惠蓄电厂根据检查及分析确认为进水阀轴套故障问题引起，随后不久，惠蓄#3机组于2012年2月6日、#4机组于2012年5月1日、#1机组于2012年11月15日相继出现进水阀无法开启的情况。
3检修方案选择
针对进水阀接连出现开启不成功的故障，惠蓄技术人员与设计厂家ALSTOM公司不断进行联系磋商，在确认原TENMAT自润滑层发生剥落造成轴套卡塞为进水阀开启失败原因的情况下，对接下来的轴套更换方案进行研究。
蓄能电站与常规电站在进水阀设计上不同，常规电站进水阀仅检修时操作，而蓄能电站进水阀每次開停机均要进行开关，用来截断高水头下的水流，因此进水阀发生开关问题后机组无法使用；同时蓄能电站为减少开挖量，一般都设置为几台机组共用一条水道，惠蓄就为一洞四机的结构（见图1），即一条水道对应四台机组。因此在一台机组进水阀出现问题后，不光只是该机组不可用，为了对该台机组进行检修，采用常规的排水检修方案就需要排空共用水道，这就造成一厂（惠蓄分A、B两厂建设）四台机组全部不可用，经济损失及相关的综合效益损失都很巨大；对水工建筑物而言，水道的排充水对里衬也会造成不可预计的损伤。
考虑到进水阀轴套故障属于普遍性缺陷，且短时期内无法设计出新型轴套进行改造，为保证轴套故障时能够迅速更换，惠蓄决定对带水检修方案进行研究。
4带水检修方案设计
此前，英国Dinorwig电站曾成功完成在不排水条件下完成更换进水阀轴套，具体实施方案为：在进水阀下游侧安装闷头和支撑环，在闷头内通过外力施加超过上游侧的压力P0，使得阀芯向上游侧移动从而调节枢轴和轴套之间的间隙，然后通过预紧支撑环上的螺栓来锁锭阀芯（见图2）。
惠蓄在借鉴英国Dinorwig电站方案的基础上完成了惠蓄进水阀带水检修的初步方案：下游侧安装闷头和支撑环，支撑环顶在下游密封座上，通过液压拉伸器推动闷头使得支撑环顶着阀芯向上游侧移动来调节枢轴和轴套之间的间隙，然后通过预紧支撑环上的螺栓来锁锭阀芯。（惠蓄方案与Dinorwig电站方案区别在于推动阀芯的力量是机械力）。
5带水检修方案可行性分析
对该方案而言，关键点就在于对各部件在高压状态下的应力变形进行分析计算，以确保轴套在一个整周均有充裕间隙的情况下更换，同时还不能对其他部件造成损伤。对此，采用有限元进行了分析：
1）轴承座（阀体枢轴处）变形量计算结果。如图3所示，轴承座里侧总间隙在阀芯两边作用力相同时减少了0.474mm，若下游侧作用力为1.2倍时间隙减少0.566mm，而从安装图纸的公差配合算出轴承座与铜轴套之间间隙为0.026～0.256mm，说明此时轴承座已紧紧压住铜套。
Case1：下游侧施加机械力与上游侧相同；Case2：下游侧施加机械力为上游侧1.2倍）
2）枢轴侧向位移量计算结果。如图4所示，若枢轴由于阀芯受力不均匀导致发生侧向位移，则更进一步减少拔轴套所需要的空间。从计算结果看，上下游作用力相同时侧向位移量为0.23mm，下游侧作用力为1.2倍时侧向位移量为0.34mm。
3）下游密封面压应力计算结果。如图5所示，由于阀芯变形，下游密封面压应力分布不均匀，且下游侧作用力为1.2倍时密封面最大压应力在最内侧，接触面积很小。
4）阀芯应力计算结果。如图6所示，综合考虑屈服应力和弯曲应力，阀芯受到的应力在其材料的强度范围内。
从上述计算结果看，采用带水检修方案，由于阀体和阀芯变形，轴套与阀体间受挤压处于过盈配合状态，轴套的拆卸和安装基本无法实现，且方案中采用下游密封座作为受力面推动阀芯往上游侧移动存在损坏下游密封座和上游密封的风险，严重后果可能造成水淹厂房。
6总结
惠蓄机组全部投产后，由于启动频繁，在同期建设的三个电站中最先暴露了原轴套设计上的缺陷，问题发生后，惠蓄积极与设计厂家沟通协调，对带水检修方案进行深入的分析与研究，虽然最终确定该方案不可行，但方案的设计和研究可作为同类电站进水阀轴套检修技术的参考，相信会给国内的相关设计、制造以及使用提供借鉴。