球閥安裝在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的前端，其標(biāo)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(jī)供水閥系列推薦標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(shí)，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(shí)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(dòng)水關(guān)閉時(shí)的振幅小于蝶閥，極有利于動(dòng)水緊急關(guān)閉。 其缺點(diǎn)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(shí)，請(qǐng)選擇蝶閥和圓筒閥進(jìn)行比較。 現(xiàn)在世界上制作的球閥zui的大徑達(dá)到了4. 6m，制作的球閥中zui的高動(dòng)作水頭達(dá)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(dòng)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(biāo)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(dòng)部(標(biāo)準(zhǔn)配備):相對(duì)于電動(dòng)操作的水輪供水球閥，其驅(qū)動(dòng)部通過作為電動(dòng)裝置的液動(dòng)操作操作供水球閥時(shí)，其驅(qū)動(dòng)部分為液壓繼電器和斗桿(擺動(dòng)油缸時(shí))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(biāo)配液動(dòng)止水環(huán)式水輪機(jī)供水球閥，其馀2種為選購(gòu)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(biāo)配液動(dòng)止水環(huán)式水輪機(jī)供水球閥，其馀兩種為選配件):包括插管和活動(dòng)法蘭兩部分，用于閥門和下游水輪機(jī)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(hù)變得容易，另一方面，也能夠應(yīng)對(duì)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(gòu)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(dòng)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(dòng)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(dòng)部分，向驅(qū)動(dòng)裝置供給動(dòng)力源，使閥按照預(yù)先設(shè)定的程序動(dòng)作。

(2)球閥類型的特點(diǎn)

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(yùn)行中存在砂易卡堆積等缺點(diǎn)，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(dòng)作密封等。

球閥全開時(shí)，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(wú)阻力，水力損失小，不發(fā)生振動(dòng)。 全閉時(shí)，閘門旋轉(zhuǎn)90°，用其密封裝置隔斷水流。

球閥關(guān)閉嚴(yán)密，漏水極少的止水環(huán)在閘門運(yùn)動(dòng)時(shí)不受摩擦，不易磨損的全開時(shí)的水流條件好，幾乎沒有水力損失的開閉時(shí)的操作扭矩小(動(dòng)水操作時(shí)只有摩擦扭矩的5%左右的水阻力)，動(dòng)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(dòng)止水環(huán)式水輪機(jī)供水球閥通過不誘導(dǎo)鋼活塞式止水環(huán)來(lái)密封止水，通過液壓或水壓來(lái)控制止水環(huán)的投入者和退出(圖24-9 )。 每天

臺(tái)閥上設(shè)有2個(gè)止水環(huán)，上游側(cè)為檢查密封，下游側(cè)為動(dòng)作密封。 檢查密封必須設(shè)置手動(dòng)鎖定裝置，正常動(dòng)作時(shí)檢查密封為常開狀態(tài)，僅在單元檢查時(shí)投入，為了確保下游檢查的安全性，必須手動(dòng)投入鎖定。 動(dòng)作密封件在閥門關(guān)閉時(shí)投入，球體運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jī)，由于球閥進(jìn)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(yán)重，尤其是密封面磨損非常嚴(yán)重。 為了提高閥的維護(hù)性，液動(dòng)止水環(huán)式水輪機(jī)供水球閥設(shè)計(jì)成可拆卸閥的密封環(huán)的更換結(jié)構(gòu)，閥長(zhǎng)期使用的閥密封環(huán)嚴(yán)重磨損后，只能更換密封環(huán)，無(wú)需更換閥或另外購(gòu)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(duì)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(huì)錯(cuò)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(dòng)止水式水輪機(jī)給水球閥通過多年的實(shí)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(shí)，也可以緩和百葉窗自重對(duì)閥殼的影響。

為保證閘門具有足夠的強(qiáng)度和剛性，液動(dòng)止水環(huán)式水輪機(jī)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(dòng)止水環(huán)水輪機(jī)供水球閥獨(dú)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(hù)和更換。

止水環(huán)的尾部設(shè)有拔出螺孔，止水環(huán)破損時(shí)，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(jìn)行安裝。 全過程無(wú)需拆卸閥門，閥門的維護(hù)非常方便。

⑤更合理的行程指示棒需要液動(dòng)止水式水輪機(jī)給水球閥提供各種信號(hào)，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(hào)就是其中之一。 因?yàn)檫@是確定快門是否可以旋轉(zhuǎn)的必要條件，所以該信號(hào)的準(zhǔn)確性直接影響整個(gè)光閥的操作的準(zhǔn)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(dòng)作狀態(tài)(圖24-13) 0)，但該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)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(dòng)作可靠性，嚴(yán)重時(shí)切斷指示棒。 考慮到這一點(diǎn)，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(shí)，可以直接按下指示桿，擋水環(huán)投入人員時(shí)，可以彈簧的張力驅(qū)動(dòng)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(lái)的弊端。

⑥先進(jìn)的伸縮節(jié)形式水輪機(jī)供水球閥伸縮節(jié)由伸縮節(jié)插管和可動(dòng)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(dòng)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(gè)方向都設(shè)置了一定的伸縮量，在閥門正常工作時(shí)，能夠自動(dòng)適應(yīng)壓力、溫度變化引起的管道軸向膨脹或收縮。 進(jìn)行閥的檢查維修時(shí)(例如，更換止水環(huán)、閥密封件等時(shí))，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(dòng)凸緣，同時(shí)向下游(供水渦旋方向)推壓插管，縮短伸縮節(jié)的長(zhǎng)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(shí)，拆下伸縮節(jié)和供水渦旋凸緣的連接螺栓，管不動(dòng)，將可動(dòng)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(jiǎn)單地更換0環(huán)(圖24-17 )。

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

請(qǐng)?jiān)诳刂泼姘迳显O(shè)置指示主閥開閉的信號(hào)裝置。對(duì)指示旁通閥開閉的信號(hào)裝置繼電器指示接通和拔出的信號(hào)裝置功能，檢查密封的信號(hào)裝置的液壓計(jì)、閥前、閥后水壓計(jì)。 這些傳感器供應(yīng)信號(hào)，連接控制盤和中央控制室，實(shí)現(xiàn)閥門的定位操作和中央控制，滿足微機(jī)監(jiān)視的要求。

⑧滿足動(dòng)水關(guān)閉要求的水輪機(jī)供水球閥是根據(jù)電廠實(shí)際情況設(shè)計(jì)的，所有數(shù)據(jù)經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算和驗(yàn)證，zui較大限度地保證了運(yùn)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(gòu)件)針對(duì)SDIV900的水輪機(jī)供水球閥，根據(jù)需要設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)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(gè)密封件，在內(nèi)側(cè)設(shè)置兩個(gè)密封件，一個(gè)接近閥體的內(nèi)圓，采用圓形的o形橡膠密封件，另一個(gè)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(diǎn)是砂土不進(jìn)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(dòng)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(guó)進(jìn)口DEVA-BM軸承，負(fù)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(shí)自動(dòng)打開。 水一進(jìn)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(jī)供水球閥的動(dòng)水關(guān)閉時(shí)，空氣閥向渦旋及伸縮管補(bǔ)給空氣，以免產(chǎn)生真空而喪失穩(wěn)定性。

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