作 者： 彭建宏 謝建聰 陳曉麗
摘 要： 先容了一種新型水輪機進水球閥的結構特點、性能參數和工作原理。對閥門的液壓接力器開啟和重錘勢能封閉、單閥座偏心密封和內壓平衡閥門進出口端壓差等結構進行了討論和分析。

1 概述

　 水輪機是水電站的重要機電設備之一。為了保證水輪機安全和可靠的運行，水輪機的進水口處均裝設有進水球閥，用于發電機組檢驗或機組調節系統失靈時的斷流保護。由于水輪機運行的特別請求，通用系列球閥在水電站的運行中不能滿足工況系統的應用請求，導致機組無法運行的現象也時有產生。為了確保水輪機組能安穩、可靠的運行，在消化接收國外先進技巧的基礎上，采用全新的設計理念，研制開發出新型水輪機進水球閥。

2 重要參數

該系列閥門的重要參數：

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

閥門封閉時間（s）：30～120

接力器情勢：直缸搖擺式

該系列產品的外形尺寸和具體技巧參數，可根據發電機組不同的工況請求進行具體設計。

3 工作原理

　　 新型水輪機進水球閥（圖1）采用液壓驅動開啟，依附重錘勢能實現封閉，其動作為開閥、鎖定和關閥（開關型）。

（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。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晉升，將重錘的重力轉換為勢能，為關閥作好動力準備。

（2）鎖定可分為手動機械鎖定和主動機械鎖定。手動機械鎖定相對照較簡略，在閥門開啟到位后，直接把鎖定銷投進或拔出。同時，設有手動鎖定投進或撥出信號唆使裝置。手動鎖定裝置可以蒙受液壓接力器的最大把持壓力，避免閥門誤動作。主動機械鎖定機構由傳動油缸、機械鎖定軸、電磁鎖定軸和電磁鐵等零件組成，具有機械電磁聯合鎖定功效。當閥門全開后，先由傳動油缸的作用力驅動機械鎖定軸投進到鎖定地位進行初鎖，再由電磁鐵的電磁力驅動電磁鎖定軸進行終鎖，其鎖定過程在一系列行程開關的作用下，完整主動進行。重錘的勢能完整由機械鎖定軸蒙受，機械鎖定軸的退出受到電磁鎖定軸的束縛，而電磁鎖定軸的退出則受到電磁鐵的電磁力把持。在電磁鐵不失電的條件下，電磁鎖定軸和機械鎖定軸能夠實現安全把持，即使重錘過重或閥門長時間開啟，重錘（包含啟閉件）也始終保持在原地位，確保閥門開啟后始終處于全開狀態（最小流阻狀態），其間無需采用補油或補壓等措施。

（3）關閥主動機械鎖定機構的關閥有3種情況，即人為關閥、水泵（或閥門）自身故障失電關閥和外線失電關閥。不管哪種情況關閥，只須讓電磁鐵失電即可按預定程序主動封閉，在電磁鐵失電瞬間，電磁力即刻同步消散。電磁鎖定軸一旦失往電磁力的作用則即刻開鎖，機械鎖定軸在失往電磁鎖定軸的束縛后也即刻開鎖，此時重錘的勢能立即將重錘、搖臂和閥軸等零件帶動封閉件按照預先調定的快關、緩沖和慢關程序作封閉運動，完成關閥動作循環。在閥門的封閉過程中，必需消除舉升油缸下腔的油液，據此，采用把持并調節舉升油缸排油速度的方法，能有效地對閥門的封閉速度進行把持。閥門的封閉過程分為快關、緩沖和慢關3個程序，其快關時間、慢關時間、快關角度及慢關角度都可以根據工況系統的需要進行調節，能有效的防止管道內產生水錘。

　 開閥前，可先打開內部平衡閥門前后壓差機構，其信號可以傳送到主控室。閥門在開啟狀態下，液控裝置系統有主動保壓和手動鎖定雙重保護，同時設有地位信號唆使裝置以及手動鎖定投進或撥出信號唆使裝置。電氣把持可根據用戶需要履行普通把持或PLC把持，實現泵閥聯動，并可實現遠程把持及與盤算機聯控。而且，一個液壓站可以同時對多臺進水球閥進行調控。

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