摘 要： 介紹了一種新型水輪機進水球閥的結(jié)構(gòu)特點、性能參數(shù)和工作原理。對閥門的液壓接力器開啟和重錘勢能關(guān)閉、單閥座偏心密封和內(nèi)壓平衡閥門進出口端壓差等結(jié)構(gòu)進行了討論和分析。

1 概述

    水輪機是水電站的重要機電設(shè)備之一。為了保證水輪機安全和可靠的運行，水輪機的入水口處均裝設(shè)有進水球閥，用于發(fā)電機組檢修或機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈時的斷流保護。由于水輪機運行的特殊要求，通用系列球閥在水電站的運行中不能滿足工況系統(tǒng)的使用要求，導(dǎo)致機組無法運行的現(xiàn)象也時有發(fā)生。為了確保水輪機組能平穩(wěn)、可靠的運行，在消化吸收*進技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用全新的設(shè)計理念，研制開發(fā)出新型水輪機進水球閥。

2 主要參數(shù)

該系列閥門的主要參數(shù)：

壓力（MPa）：2.942～9.807

升壓壓力（MPa）：3.923～12.258

公稱直徑（mm）：DN400～2400

閥門開啟時間（s）：30～120

閥門關(guān)閉時間（s）：30～120

接力器形式：直缸搖擺式

該系列產(chǎn)品的外形尺寸和具體技術(shù)參數(shù)，可根據(jù)發(fā)電機組不同的工況要求進行具體設(shè)計。

3 工作原理

     新型水輪機進水球閥（圖1）采用液壓驅(qū)動開啟，依靠重錘勢能實現(xiàn)關(guān)閉，其動作為開閥、鎖定和關(guān)閥（開關(guān)型）。

（1）開閥利用液控站和接力器舉升油缸的作用力，通過搖臂、重錘和閥桿等零件，帶動啟閉件（球體）作90°旋轉(zhuǎn)。與此同時，液控站和舉升油缸的作用力也通過搖臂將重錘垂直提升，將重錘的重力轉(zhuǎn)換為勢能，為關(guān)閥作好動力準(zhǔn)備。

（2）鎖定可分為手動機械鎖定和自動機械鎖定。手動機械鎖定相對比較簡單，在閥門開啟到位后，直接把鎖定銷投入或拔出。同時，設(shè)有手動鎖定投入或撥出信號指示裝置。手動鎖定裝置可以承受液壓接力器的zui大操作壓力，避免閥門誤動作。自動機械鎖定機構(gòu)由傳動油缸、機械鎖定軸、電磁鎖定軸和電磁鐵等零件組成，具有機械電磁聯(lián)合鎖定功能。當(dāng)閥門全開后，先由傳動油缸的作用力驅(qū)動機械鎖定軸投入到鎖定位置進行初鎖，再由電磁鐵的電磁力驅(qū)動電磁鎖定軸進行終鎖，其鎖定過程在一系列行程開關(guān)的作用下，*自動進行。重錘的勢能*由機械鎖定軸承受，機械鎖定軸的退出受到電磁鎖定軸的約束，而電磁鎖定軸的退出則受到電磁鐵的電磁力控制。在電磁鐵不失電的條件下，電磁鎖定軸和機械鎖定軸能夠?qū)崿F(xiàn)安全控制，即使重錘過重或閥門長時間開啟，重錘（包括啟閉件）也始終保持在原位置，確保閥門開啟后始終處于全開狀態(tài)（zui小流阻狀態(tài)），其間無需采取補油或補壓等措施。

（3）關(guān)閥自動機械鎖定機構(gòu)的關(guān)閥有3種情況，即人為關(guān)閥、水泵（或閥門）自身故障失電關(guān)閥和外線失電關(guān)閥。不管哪種情況關(guān)閥，只須讓電磁鐵失電即可按預(yù)定程序自動關(guān)閉，在電磁鐵失電瞬間，電磁力即刻同步消失。電磁鎖定軸一旦失去電磁力的作用則即刻開鎖，機械鎖定軸在失去電磁鎖定軸的約束后也即刻開鎖，此時重錘的勢能立即將重錘、搖臂和閥軸等零件帶動關(guān)閉件按照預(yù)先調(diào)定的快關(guān)、緩沖和慢關(guān)程序作關(guān)閉運動，完成關(guān)閥動作循環(huán)。在閥門的關(guān)閉過程中，必須排除舉升油缸下腔的油液，據(jù)此，采取控制并調(diào)節(jié)舉升油缸排油速度的方法，能有效地對閥門的關(guān)閉速度進行控制。閥門的關(guān)閉過程分為快關(guān)、緩沖和慢關(guān)3個程序，其快關(guān)時間、慢關(guān)時間、快關(guān)角度及慢關(guān)角度都可以根據(jù)工況系統(tǒng)的需要進行調(diào)節(jié)，能有效的防止管道內(nèi)發(fā)生水錘。

       開閥前，可先打開內(nèi)部平衡閥門前后壓差機構(gòu)，其信號可以傳送到主控室。閥門在開啟狀態(tài)下，液控裝置系統(tǒng)有自動保壓和手動鎖定雙重保護，同時設(shè)有位置信號指示裝置以及手動鎖定投入或撥出信號指示裝置。電氣控制可根據(jù)用戶需要實行普通控制或PLC控制，實現(xiàn)泵閥聯(lián)動，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及與計算機聯(lián)控。而且，一個液壓站可以同時對多臺進水球閥進行調(diào)控。