球閥的工作原理及結(jié)構(gòu)特點

球閥安裝在水輪機轉(zhuǎn)輪的前端，其標稱直徑一般等于壓力鋼管的直徑。

球閥的直徑按中型水輪機供水閥系列推薦標準為DN500、DN650、DN800、DN1000、DN1300、DN1600、DN2000、DN2400和追加DN2500、DN2800、DN3000、DN3400、DN3500、DN4000、DM600。

球閥的優(yōu)點是水頭較高，閘門剛性好，撓曲變形小，密封性能好，密封裝置不能磨損，閘門全開時，其通水孔與配管內(nèi)徑一致，水力損失幾乎沒有，采用了柔性密封結(jié)構(gòu)。 由于開閉球閥時所需的操作扭矩小，而且球閥擋板的剛性高于蝶閥擋板的剛性，因此動水關(guān)閉時的振幅小于蝶閥，極有利于動水緊急關(guān)閉。 其缺點是外形尺寸大于蝶閥，重量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝復(fù)雜，成本高。

一般情況下，球閥主要用于高水頭水電站，工作水頭一般為240m以上且低于240m水頭時，請選擇蝶閥和圓筒閥進行比較。 現(xiàn)在世界上制作的球閥zui的大徑達到了4. 6m，制作的球閥中zui的高動作水頭達到了1700m。

(1)球閥的主要構(gòu)成部分和作用；

供水球閥主要由主閥部、驅(qū)動部、旁通管路、上游合流部、下游伸縮部、鎖定部、支承部、輔助部這8大部分構(gòu)成(圖24-8 )。

①主閥部分(標配):包括閥體、球體、閥軸及閥座(活塞止水環(huán))等，該部分是閥整體的核心，發(fā)揮開關(guān)水流的作用。

②驅(qū)動部(標準配備):相對于電動操作的水輪供水球閥，其驅(qū)動部通過作為電動裝置的液動操作操作供水球閥時，其驅(qū)動部分為液壓繼電器和斗桿(擺動油缸時)等，該部分發(fā)揮開閉主閥的作用。

③旁通管路(推薦采用):有旁通閥、檢查閥(僅旁通閥)、鋼管、彎管等，該部分在閥開閉前平衡上下游的壓差，避免在全壓差下開閉閥的水錘現(xiàn)象，起到有效降低閥的操作扭矩的作用。

④上游接頭(標配液動止水環(huán)式水輪機供水球閥，其馀2種為選購件):用于閥與上游端壓力鋼管的連接，連接方式為通常焊接，確保50?100mm的焊接分配馀量。

⑤下游伸縮節(jié)(標配液動止水環(huán)式水輪機供水球閥，其馀兩種為選配件):包括插管和活動法蘭兩部分，用于閥門和下游水輪機供水渦輪的連接，連接方式為法蘭連接。 通過伸縮節(jié)的方式，閥自身的檢查維護變得容易，另一方面，也能夠應(yīng)對溫度壓力的變化引起的配管的軸向膨脹收縮。

⑥鎖定部分(選購件):主要包括上游檢查密封鎖和繼電器鎖。 主要用于防止誤操作引起的閥誤動作，保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。

⑦支撐部分:包括主閥和繼電器底座，底座通過地腳螺栓安裝在混凝土腳上，支撐閥的重量，為擺動式繼電器提供固定旋轉(zhuǎn)軸。

⑧安裝部分:該部分用于控制閥的驅(qū)動部分，向驅(qū)動裝置供給動力源，使閥按照預(yù)先設(shè)定的程序動作。

(2)球閥類型的特點

根據(jù)閥軸的配置方式可分為立式和橫式，立式球閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行中存在砂易卡堆積等缺點，被淘汰。 一般應(yīng)優(yōu)先橫向配置，理由與蝶閥基本相同。 臥式球閥的密封類型有單面和雙面兩種，雙面密封可以在不使用壓力取水管的情況下檢查動作密封等。

球閥全開時，圓筒形閘門的通水截面貫穿壓力引水管道，相當(dāng)于鋼管，水流幾乎無阻力，水力損失小，不發(fā)生振動。 全閉時，閘門旋轉(zhuǎn)90°，用其密封裝置隔斷水流。

球閥關(guān)閉嚴密，漏水極少的止水環(huán)在閘門運動時不受摩擦，不易磨損的全開時的水流條件好，幾乎沒有水力損失的開閉時的操作扭矩小(動水操作時只有摩擦扭矩的5%左右的水阻力)，動水非常容易關(guān)閉。 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積、重量大，成本高。

(3)球閥的結(jié)構(gòu)特征

①不銹鋼活塞式止水環(huán)液動止水環(huán)式水輪機供水球閥通過不誘導(dǎo)鋼活塞式止水環(huán)來密封止水，通過液壓或水壓來控制止水環(huán)的投入者和退出(圖24-9 )。 每天

臺閥上設(shè)有2個止水環(huán)，上游側(cè)為檢查密封，下游側(cè)為動作密封。 檢查密封必須設(shè)置手動鎖定裝置，正常動作時檢查密封為常開狀態(tài)，僅在單元檢查時投入，為了確保下游檢查的安全性，必須手動投入鎖定。 動作密封件在閥門關(guān)閉時投入，球體運動前退出，為了保證閥門在緊急情況下迅速關(guān)閉，閥門全開后動作密封件仍處于退出的狀態(tài)。

通過改變加油(或水)的方向，控制止水環(huán)的動作方向以滿足作業(yè)需要。 止水環(huán)和閥體與端蓋之間的密封使用雙重的0環(huán)，通過設(shè)置PTFE擋圈可以減少0環(huán)的磨損。 止水環(huán)的材料通常為不銹鋼12Crl3。

②可更換閘門密封圈是止水式水輪機，由于球閥進水，水質(zhì)差，用于水頭高的電站，故不良工況下閥門消耗非常嚴重，尤其是密封面磨損非常嚴重。 為了提高閥的維護性，液動止水環(huán)式水輪機供水球閥設(shè)計成可拆卸閥的密封環(huán)的更換結(jié)構(gòu)，閥長期使用的閥密封環(huán)嚴重磨損后，只能更換密封環(huán)，無需更換閥或另外購入閥

活門主要由活門體、密封圈、0形圈、螺釘、定位銷(圖24-10 )構(gòu)成。 在密封環(huán)中，通過一組螺釘固定在閘門體對應(yīng)部位的密封環(huán)與閘門體間的密封由零環(huán)保證的定位銷的作用是密封環(huán)與閘門體的正確定位，從而在更換密封環(huán)后不會錯開與閘門體的組裝。 密封圈的材料通常為20013。

③更輕量的閘門結(jié)構(gòu)液動止水式水輪機給水球閥通過多年的實踐，拋棄了以前常用的完整球閥結(jié)構(gòu)，采用球閥結(jié)構(gòu)，大幅度減輕了閘門的重量(圖24-11 )。 在節(jié)約大量投資的同時，也可以緩和百葉窗自重對閥殼的影響。

為保證閘門具有足夠的強度和剛性，液動止水環(huán)式水輪機給水球閥在閘門的相應(yīng)位置設(shè)置了肋，保證了閥門整體的可靠性。 閘門材料通常為WCB碳鑄鋼。

④更換止水環(huán)的結(jié)構(gòu)液動止水環(huán)水輪機供水球閥獨特的結(jié)構(gòu)，不分解閥門或從配管上拆下，就能保證閥門止水環(huán)的維護和更換。

止水環(huán)的尾部設(shè)有拔出螺孔，止水環(huán)破損時，可依次取下伸縮節(jié)、端蓋，使用專用工具取下止水環(huán)(圖24-12 )。 修復(fù)或更換止水環(huán)后，也可按照與上述相反的順序進行安裝。 全過程無需拆卸閥門，閥門的維護非常方便。

⑤更合理的行程指示棒需要液動止水式水輪機給水球閥提供各種信號，以滿足復(fù)雜的順序控制需求，止水環(huán)投入和拔出的信號就是其中之一。 因為這是確定快門是否可以旋轉(zhuǎn)的必要條件，所以該信號的準確性直接影響整個光閥的操作的準確性。

以往的行程指示桿通過螺釘與止水環(huán)連結(jié)，能夠使指示桿完全反映止水環(huán)的活塞的動作狀態(tài)(圖24-13) 0)，但該結(jié)構(gòu)的缺點如下

a .止水環(huán)、端蓋和伸縮節(jié)(接合節(jié))之間需要非常大的定位。 不那樣的話，就不能安裝操縱桿。

b .由于止水環(huán)沒有軸向定位裝置，因此使用中有向圓周方向旋轉(zhuǎn)的傾向，指示棒容易卡住，因此影響止水環(huán)的動作可靠性，嚴重時切斷指示棒。 考慮到這一點，采用了變形的行程指示桿結(jié)構(gòu)。

變形的行程指示桿采用非固定式的構(gòu)造(圖)

24-14 )擋水環(huán)退出時，可以直接按下指示桿，擋水環(huán)投入人員時，可以彈簧的張力驅(qū)動指示桿。 這種結(jié)構(gòu)可以很好地避免傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來的弊端。

⑥先進的伸縮節(jié)形式水輪機供水球閥伸縮節(jié)由伸縮節(jié)插管和可動凸緣兩部分構(gòu)成(圖24-15 )，密封件采用雙重(或三重)橡膠的0環(huán)，為了減少可動凸緣的自重引起的0環(huán)的磨損，在各自的0環(huán)后面設(shè)置PTFE擋圈是有效的

該結(jié)構(gòu)在兩個方向都設(shè)置了一定的伸縮量，在閥門正常工作時，能夠自動適應(yīng)壓力、溫度變化引起的管道軸向膨脹或收縮。 進行閥的檢查維修時(例如，更換止水環(huán)、閥密封件等時)，拆下伸縮節(jié)、供水渦旋凸緣和閥部分的連結(jié)螺栓，向上游(閥方向)推壓可動凸緣，同時向下游(供水渦旋方向)推壓插管，縮短伸縮節(jié)的長度，滿足閥裝卸要求的空間 在伸縮節(jié)自身的密封環(huán)破損需要更換時，拆下伸縮節(jié)和供水渦旋凸緣的連接螺栓，管不動，將可動凸緣向上游(閥方向)推壓，直到完全露出0環(huán)槽為止，可以簡單地更換0環(huán)(圖24-17 )。

⑦滿足微機監(jiān)視要求的水輪供水球閥可以一組提供電動或液動PLC控制盤，液動水球閥也可以一組提供液壓裝置。

請在控制面板上設(shè)置指示主閥開閉的信號裝置。對指示旁通閥開閉的信號裝置繼電器指示接通和拔出的信號裝置功能，檢查密封的信號裝置的液壓計、閥前、閥后水壓計。 這些傳感器供應(yīng)信號，連接控制盤和中央控制室，實現(xiàn)閥門的定位操作和中央控制，滿足微機監(jiān)視的要求。

⑧滿足動水關(guān)閉要求的水輪機供水球閥是根據(jù)電廠實際情況設(shè)計的，所有數(shù)據(jù)經(jīng)過嚴格的計算和驗證，zui較大限度地保證了運行的安全性，油氣針閥不關(guān)閉，滿足了旁路不公正和緊急關(guān)閉的要求。

⑨檢修孔結(jié)構(gòu)(選購件)針對SDIV900的水輪機供水球閥，根據(jù)需要設(shè)計檢修孔結(jié)構(gòu)，使閥門及相關(guān)設(shè)備的檢查變得容易。

⑩水輪供水球閥閥軸密封閥軸密封件為運動密封件，在閥軸頭設(shè)置鋼制的套管，在鋼制的套管的外側(cè)設(shè)置兩個密封件，在內(nèi)側(cè)設(shè)置兩個密封件，一個接近閥體的內(nèi)圓，采用圓形的o形橡膠密封件，另一個在閥體的外側(cè)采用u形密封件， 該密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是砂土不進入襯套，鋼套拆卸容易，保證閥體旋轉(zhuǎn)靈活。 給水球閥不拆下閥體就可以更換檢查密封、動作密封及軸頸密封。

閥軸和軸承閥軸由鍛鋼制成，在軸承和軸頭密封件接觸的表面堆積不銹鋼層，提高耐磨性，閥軸和閥用螺栓成為一體。 軸承采用德國進口DEVA-BM軸承，負荷性能良好。

氣閥的名義直徑為DiV200，安裝在水輪供水球閥伸縮管的頂部。 渦輪殼注水時自動打開。 水一進入渦旋盤，其內(nèi)部的空氣就通過空氣閥排出到大氣中。 水輪機供水球閥的動水關(guān)閉時，空氣閥向渦旋及伸縮管補給空氣，以免產(chǎn)生真空而喪失穩(wěn)定性。

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