CN116164151B - 球阀安装结构以及水力发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种球阀安装结构以及水力发电系统，球阀安装结构包括：阀体，阀体具有球阀地脚，球阀地脚设有贯穿的螺栓孔；安装基础，安装基础上固定有球阀基础板，球阀基础板具有与螺栓孔相对的通孔；地脚螺杆，地脚螺杆的一端埋设在安装基础内部，另外一端穿过螺栓孔以及通孔；其中，球阀地脚安装球阀基础板上，球阀地脚朝向球阀基础板的一面具有不锈钢层，球阀基础板朝向球阀地脚的一面具有青铜层，以降低球阀地脚与球阀基础板之间的摩擦力。本申请减轻了球阀在关机或停机时球阀地脚与球阀基础板之间的相对滑动位移逐渐减小的现象，避免了由于相对滑动位移逐渐减小而导致的安装基础开裂损坏的现象。

Description

球阀安装结构以及水力发电系统

技术领域

本申请涉及水力发电技术领域，具体涉及一种球阀安装结构以及水力发电系统。

背景技术

水力发电系统所采用的球阀主要用于控制是否向水轮机内通入水流，从而利用水流的冲击力进行发电。目前，球阀在开机时，由于受到水流冲击球阀会向水流流动的下游方向滑移，而在关机后，水流冲击力消失，球阀受恢复弹性变形的弹力往水流流动的上游方向滑移并恢复位置，这种滑移现象可以实现缓冲作用，进而可以减小球阀基础（混凝土）受到的应力现象。

发明内容

以下内容为发明人经过深入研究发现，不应当认为本领域人员所公知的现有技术。

发明人经过深入研究发现，目前基于某种未知的原因，存在球阀在关机或停机时球阀地脚与基础板之间的相对滑动位移逐渐减小的现象，由于相对滑动位移减小，那么缓冲行程缩短，从而导致混凝土受到的应力激增。

以某电站球阀在关机或停机时球阀地脚与基础板之间的相对滑动位移为例，球阀的相对滑动位移由1.6mm逐渐减小至0.05mm，由于球阀基础位移有逐渐减小的趋势，基础混凝土所受力增大，基础混凝土可能出现开裂现象，从而影响抽水蓄能电站的安全运行，维修将导致抽水蓄能电站长时间停止运行，并最终付出巨大的经济代价。

造成上述现象的原因存在多种因素，比如混凝土结构强度不足、地脚螺杆安装存在应力集中现象等，发明人经过深入研究后发现，由于受季节气温变化，混凝土热膨胀不均衡，造成球阀地脚与支墩混凝土及基础垫板之间的挤压应力（正压力）增大，从而导致摩擦力增加并发生球阀基础位移逐渐减小现象。

为此，本申请提供一种球阀安装结构以及水力发电系统，旨在解决目前球阀在关机或停机时球阀地脚与基础板之间的相对滑动位移逐渐减小的技术问题。

第一方面，本申请提供一种球阀安装结构，包括：

阀体，阀体具有球阀地脚，球阀地脚设有贯穿的螺栓孔；

安装基础，安装基础上固定有球阀基础板，球阀基础板具有与螺栓孔相对的通孔；

地脚螺杆，地脚螺杆的一端埋设在安装基础内部，另外一端穿过螺栓孔以及通孔；

其中，球阀地脚安装在球阀基础板上，球阀地脚朝向球阀基础板的一面具有不锈钢层，球阀基础板朝向球阀地脚的一面具有青铜层，以降低球阀地脚与球阀基础板之间的摩擦力。

在一些实施例中，不锈钢层与青铜层之间填充有润滑层。

在一些实施例中，润滑层的材料为二硫化钼。

在一些实施例中，球阀地脚的材料为碳钢，不锈钢层包括奥氏体不锈钢层以及马氏体不锈钢层；

马氏体不锈钢层位于奥氏体不锈钢层朝向青铜层的一面。

在一些实施例中，奥氏体不锈钢层的厚度为3mm至5mm，马氏体不锈钢层的厚度为7mm至10mm。

在一些实施例中，马氏体不锈钢层朝向青铜层的一面的粗糙度小于或等于1.6μm。

在一些实施例中，青铜层的材料为铝青铜；

青铜层朝向马氏体不锈钢层的一面的粗糙度小于或等于1.6μm。

在一些实施例中，安装基础为混凝土。

在一些实施例中，安装基础具有安装槽；

球阀基础板填充在安装槽内，青铜层朝向不锈钢层的一面高于安装基础的顶面。

在一些实施例中，地脚螺杆埋设在安装基础内部的一端具有固定盘；

固定盘与地脚螺杆同轴设置，且固定盘的直径大于地脚螺杆的直径。

在一些实施例中，球阀基础板背离球阀地脚的一面设有多个固定脚，阀体具有安装活门的轴孔；

固定脚埋设在安装基础内部，且固定脚的延伸方向与轴孔的轴线互相平行。

在一些实施例中，螺栓孔的直径大于地脚螺杆的直径；

通孔的直径等于地脚螺杆的直径。

在一些实施例中，阀体具有安装活门的轴孔，螺栓孔为椭圆形；

椭圆形的螺栓孔的长边与轴孔的轴线互相垂直。

在一些实施例中，螺栓孔内安装有轴套，轴套套设在地脚螺杆上。

第二方面，本申请提供一种水力发电系统，包括如第一方面所述的球阀安装结构。

本申请通过在球阀地脚朝向球阀基础板的一面设置不锈钢层，并在球阀基础板朝向球阀地脚的一面设置青铜层，利用不锈钢层与青铜层降低了球阀基础板与球阀地脚之间的摩擦力，从而减轻了球阀在关机或停机时球阀地脚与球阀基础板之间的相对滑动位移逐渐减小的现象，避免了由于相对滑动位移逐渐减小而导致的安装基础开裂损坏的现象。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例中提供的球阀安装结构的一种轴侧示意图；

图2是本申请实施例中提供的球阀安装结构的一种左视图；

图3是本申请图2中A-A处的一种截面示意图；

图4是本申请图3中A处的一种放大示意图；

图5是采用本申请实施例的球阀安装结构后球阀位移监测示意图；

图6是本申请图3中B-B处的一种截面示意图。

其中，10阀体，11球阀地脚，111螺栓孔，12轴孔，20安装基础，21球阀基础板，211固定脚，212通孔，22安装槽，30地脚螺杆，31固定盘，32轴套，40螺母；

101不锈钢层，1011奥氏体不锈钢层，1012马氏体不锈钢层，102青铜层，103润滑层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

本申请实施例提供一种球阀安装结构以及水力发电系统，特别适用于低水头（水流高度落差40m及以下）场景的水利发电系统，以下分别进行详细说明。

首先，参阅图1、图2、图3以及图4，图1示出了本申请实施例中球阀安装结构的一种轴侧示意图，图2示出了本申请实施例中球阀安装结构的一种左视图，图3示出了本申请图2中A-A处的一种截面示意图，图4示出了本申请图3中A处的一种放大示意图，其中球阀安装结构包括：

阀体10，阀体10具有球阀地脚11，球阀地脚11设有贯穿的螺栓孔111；

安装基础20，安装基础20上固定有球阀基础板21，球阀基础板21具有与螺栓孔111相对的通孔212；

地脚螺杆30，地脚螺杆30的一端埋设在安装基础20内部，另外一端穿过螺栓孔111以及通孔212；

其中，球阀地脚11安装在球阀基础板21上，球阀地脚11朝向球阀基础板21的一面具有不锈钢层101，球阀基础板21朝向球阀地脚11的一面具有青铜层102，以降低球阀地脚11与球阀基础板21之间的摩擦力。

具体地，阀体10为球阀的主体结构，阀体10内部可以形成水流通过的通道，同时在阀体10内部安装可转动的活门，以便于通过转动的活门开启或关闭该水流通过的通道。其中，阀体10具有球阀地脚11，通过球阀地脚11的螺栓孔111可以将阀体10固定安装基础20上，以防止阀体10在开启或关闭活门时巨大的冲击力导致阀体10远距离移动的现象。在本申请的一些实施例中，阀体10可以由前阀体10以及后阀体10对接组成。在本申请的另外一些实施例中，阀体10也可以由上阀体10以及下阀体10对接组成。

安装基础20为阀体10提供可靠的安装结构基础。其中，安装基础20上固定有球阀基础板21，球阀基础板21具有与螺栓孔111相对的通孔212，在地脚螺杆30穿过安装基板的通孔212以及球阀地脚11的螺栓孔111后，通过在地脚螺杆30的端部旋合螺母40即可将阀体10固定在安装基础20上。示例性地，安装基础20可以为高强度混凝土，例如C60混凝土、C100混凝土等。

在本申请实施例中，本申请通过在球阀地脚11朝向球阀基础板21的一面设置不锈钢层101，并在球阀基础板21朝向球阀地脚11的一面设置青铜层102，利用不锈钢层101与青铜层102降低了球阀基础板21与球阀地脚11之间的摩擦力，从而减轻了球阀在关机或停机时球阀地脚11与球阀基础板21之间的相对滑动位移逐渐减小的现象，避免了由于相对滑动位移逐渐减小而导致的安装基础20开裂损坏的现象。

同时，不锈钢层101和青铜层102具有良好的防腐蚀性能，在水力发电系统长时间运行后也不会在不锈钢层101和青铜层102处产生腐蚀，从而可以避免因腐蚀现象导致球阀基础板21与球阀地脚11之间的摩擦力增大的现象。

以某水电站球阀安装结构改进后为例，参阅图5，图5示出了采用本申请实施例的球阀安装结构后球阀位移监测示意图，可以看出，采用本申请实施例的球阀安装结构后，在持续使用一年时间后，球阀往下游侧位移值与球阀往上游侧位移值对称，依然具有很好的相对滑动位移恢复性，因此可以有效地防止相对滑动位移逐渐减小而导致的安装基础20开裂损坏的现象。

在本申请的一些实施例中，不锈钢层101与青铜层102之间填充有润滑层103，润滑层103可以降低不锈钢层101与青铜层102之间的摩擦力，从而进一步减轻了球阀地脚11与球阀基础板21之间的相对滑动位移逐渐减小的现象。在本申请的一些实施例中，润滑层103可以为二硫化钼。可以理解地，润滑层103还可以为钙基润滑脂、钠基润滑脂或合成复合铝基润滑脂等润滑材料层。

在本申请的一些实施例中，参阅图4，球阀地脚11的材料为碳钢，不锈钢层101包括奥氏体不锈钢层1011以及马氏体不锈钢层1012，马氏体不锈钢层1012位于奥氏体不锈钢层1011朝向青铜层102的一面。其中，奥氏体不锈钢层1011可以较好地与碳钢结合，避免不锈钢层101与球阀地脚11结合后开裂的现象，而马氏体不锈钢层1012由于其具有较高的强度，可以避免受球阀重力作用而导致不锈钢层101受压后变形的现象，保证不锈钢层101朝向球阀基础板21的一面的平整。

示例性地，奥氏体不锈钢层1011以及马氏体不锈钢层1012可以通过堆焊的方式焊接在球阀地脚11朝向球阀基础板21的一面，青铜层102可以通过铝青铜板塞焊工艺或堆焊铝青铜焊丝的方式形成在球阀基础板21朝向球阀地脚11的一面上。

在本申请的一些实施例中，奥氏体不锈钢层1011的厚度为3mm至5mm，马氏体不锈钢层1012的厚度为7mm至10mm。

在本申请的一些实施例中，马氏体不锈钢层1012朝向青铜层102的一面的粗糙度小于或等于1.6μm。

在本申请的一些实施例中，青铜层102的材料为铝青铜，青铜层102朝向马氏体不锈钢层1012的一面的粗糙度小于或等于1.6μm。

在本申请的一些实施例中，继续参阅图3，其中，安装基础20具有安装槽22，球阀基础板21填充在安装槽22内，青铜层102朝向不锈钢层101的一面高于安装基础20的顶面。球阀基础板21填充在安装槽22内可以提高球阀基础板21的安装牢固性，同时在球阀地脚11与球阀基础板21产生相对滑动时，球阀地脚11的不锈钢层101可以避免与安装基础20的顶面（例如高强度混凝土的表面）接触，从而保证球阀地脚11与球阀基础板21之间的滑动顺畅性。

更进一步地，在本申请的一些实施例中，球阀基础板21朝向不锈钢层101的一面高于安装基础20的顶面，在球阀长期使用而导致青铜层102损耗殆尽后，依然可以避免球阀地脚11的不锈钢层101与安装基础20的顶面（例如高强度混凝土的表面）接触。

在本申请的一些实施例中，地脚螺杆30埋设在安装基础20内部的一端具有固定盘31，固定盘31与地脚螺杆30同轴设置，且固定盘31的直径大于地脚螺杆30的直径。其中，固定盘31埋设在安装基础20内部，由于其直径相对较大，因此可以较好地起到抵抗地脚螺杆30歪斜的现象。

在本申请的一些实施例中，参阅图6，图6示出了本申请图3中B-B处的一种截面示意图，其中，球阀基础板21背离球阀地脚11的一面设有多个固定脚211，阀体10具有安装活门的轴孔12，固定脚211埋设在安装基础20内部，且固定脚211的延伸方向与轴孔12的轴线互相平行。具体地，埋设在安装基础20内部的多个固定脚211可以进一步提高球阀基础板21在安装基础20上的安装牢固性，同时，由于固定脚211的延伸方向与轴孔12的轴线互相平行，固定脚211还可以抵抗水流流动方向的冲击力而导致的球阀基础板21位移现象。可以理解地，球阀基础板21也可以通过螺杆结构固定在安装基础20上。

在本申请的一些实施例中，螺栓孔111的直径大于地脚螺杆30的直径。在球阀地脚11与球阀基础板21产生相对滑动时，地脚螺杆30不会限制球阀地脚11的相对滑动，从而避免滑动过程球阀地脚11与地脚螺杆30相对干涉的现象。

在本申请的另外一些实施例中，阀体10具有安装活门的轴孔12，螺栓孔111为椭圆形，椭圆形的螺栓孔111的长边与轴孔12的轴线互相垂直。在球阀地脚11与球阀基础板21产生相对滑动时，球阀地脚11的相对滑动沿椭圆形螺栓孔111的长边方向，因此同样地脚螺杆30不会限制球阀地脚11的相对滑动，从而避免滑动过程球阀地脚11与地脚螺杆30相对干涉的现象。

进一步地，在本申请的一些实施例中，螺栓孔111内安装有轴套32，轴套32套设在地脚螺杆30上，轴套32可以保护地脚螺杆30，避免在地脚螺杆30相对滑动过程中地脚螺杆30直接与球阀地脚11接触，从而导致地脚螺杆30损坏的现象。

值得注意的是，上述关于球阀安装结构的内容旨在清楚说明本申请的实施验证过程，本领域技术人员在本申请的指导下还可以做出等同的修改设计，例如，将螺栓孔111设置为长方形。

进一步地，为了更好的实施本申请实施例中的球阀安装结构，在球阀安装结构的基础上，本申请还提供一种水力发电系统，水力发电系统包括如上述任一实施例的球阀安装结构。由于本申请实施例中的水力发电系统因设置有上述实施例的球阀安装结构，从而具有上述球阀安装结构的全部有益效果，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20%的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考，但与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件（当前或之后附加于本申请中的）也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

以上对本申请实施例所提供的一种球阀安装结构以及水力发电系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种球阀安装结构，其特征在于，包括：

阀体，所述阀体具有球阀地脚，所述球阀地脚设有贯穿的螺栓孔；

安装基础，所述安装基础上固定有球阀基础板，所述球阀基础板具有与所述螺栓孔相对的通孔；

地脚螺杆，所述地脚螺杆的一端埋设在所述安装基础内部，另外一端穿过所述螺栓孔以及所述通孔；

其中，所述球阀地脚安装在所述球阀基础板上，所述球阀地脚朝向所述球阀基础板的一面具有不锈钢层，所述球阀基础板朝向所述球阀地脚的一面具有青铜层，以降低所述球阀地脚与所述球阀基础板之间的摩擦力；

所述不锈钢层与所述青铜层之间填充有润滑层，所述不锈钢层包括奥氏体不锈钢层以及马氏体不锈钢层，所述马氏体不锈钢层位于所述奥氏体不锈钢层朝向所述青铜层的一面；

所述马氏体不锈钢层朝向所述青铜层的一面的粗糙度小于或等于1.6μm，且所述青铜层朝向所述马氏体不锈钢层的一面的粗糙度小于或等于1.6μm。

2.如权利要求1所述的球阀安装结构，其特征在于，所述润滑层的材料为二硫化钼。

3.如权利要求1所述的球阀安装结构，其特征在于，所述球阀地脚的材料为碳钢。

4.如权利要求1所述的球阀安装结构，其特征在于，所述奥氏体不锈钢层的厚度为3mm至5mm，所述马氏体不锈钢层的厚度为7mm至10mm。

5.如权利要求1所述的球阀安装结构，其特征在于，所述青铜层的材料为铝青铜。

6.如权利要求1所述的球阀安装结构，其特征在于，所述安装基础为混凝土。

7.如权利要求1所述的球阀安装结构，其特征在于，所述安装基础具有安装槽；

所述球阀基础板填充在所述安装槽内，所述青铜层朝向所述不锈钢层的一面高于所述安装基础的顶面。

8.如权利要求7所述的球阀安装结构，其特征在于，所述地脚螺杆埋设在所述安装基础内部的一端具有固定盘；

所述固定盘与所述地脚螺杆同轴设置，且所述固定盘的直径大于所述地脚螺杆的直径。

9.如权利要求8所述的球阀安装结构，其特征在于，所述球阀基础板背离所述球阀地脚的一面设有多个固定脚，所述阀体具有安装活门的轴孔；

所述固定脚埋设在所述安装基础内部，且所述固定脚的延伸方向与所述轴孔的轴线互相平行。

10.如权利要求1所述的球阀安装结构，其特征在于，所述螺栓孔的直径大于所述地脚螺杆的直径。

11.如权利要求1所述的球阀安装结构，其特征在于，所述阀体具有安装活门的轴孔，所述螺栓孔为椭圆形；

椭圆形的所述螺栓孔的长边与所述轴孔的轴线互相垂直。

12.如权利要求11所述的球阀安装结构，其特征在于，所述螺栓孔内安装有轴套，所述轴套套设在所述地脚螺杆上。

13.一种水力发电系统，其特征在于，包括如权利要求1至12任一项所述的球阀安装结构。