作 者： 彭建宏 謝建聰 陳曉麗
摘 要： 先容了一種新型水輪機(jī)進(jìn)水球閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能參數(shù)和工作原理。對(duì)閥門的液壓接力器開啟和重錘勢(shì)能封閉、單閥座偏心密封和內(nèi)壓平衡閥門進(jìn)出口端壓差等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了討論和分析。

1 概述

　 水輪機(jī)是水電站的重要機(jī)電設(shè)備之一。為了保證水輪機(jī)安全和可靠的運(yùn)行，水輪機(jī)的進(jìn)水口處均裝設(shè)有進(jìn)水球閥，用于發(fā)電機(jī)組檢驗(yàn)或機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈時(shí)的斷流保護(hù)。由于水輪機(jī)運(yùn)行的特別請(qǐng)求，通用系列球閥在水電站的運(yùn)行中不能滿足工況系統(tǒng)的應(yīng)用請(qǐng)求，導(dǎo)致機(jī)組無法運(yùn)行的現(xiàn)象也時(shí)有產(chǎn)生。為了確保水輪機(jī)組能安穩(wěn)、可靠的運(yùn)行，在消化接收國外先進(jìn)技巧的基礎(chǔ)上，采用全新的設(shè)計(jì)理念，研制開發(fā)出新型水輪機(jī)進(jìn)水球閥。

2 重要參數(shù)

該系列閥門的重要參數(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(shí)間（s）：30～120

閥門封閉時(shí)間（s）：30～120

接力器情勢(shì)：直缸搖擺式

該系列產(chǎn)品的外形尺寸和具體技巧參數(shù)，可根據(jù)發(fā)電機(jī)組不同的工況請(qǐng)求進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。

3 工作原理

　　 新型水輪機(jī)進(jìn)水球閥（圖1）采用液壓驅(qū)動(dòng)開啟，依附重錘勢(shì)能實(shí)現(xiàn)封閉，其動(dòng)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(dòng)啟閉件（球體）作90°旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，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(zhuǎn)換為勢(shì)能，為關(guān)閥作好動(dòng)力準(zhǔn)備。

（2）鎖定可分為手動(dòng)機(jī)械鎖定和主動(dòng)機(jī)械鎖定。手動(dòng)機(jī)械鎖定相對(duì)照較簡略，在閥門開啟到位后，直接把鎖定銷投進(jìn)或拔出。同時(shí)，設(shè)有手動(dòng)鎖定投進(jìn)或撥出信號(hào)唆使裝置。手動(dòng)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(dòng)作。主動(dòng)機(jī)械鎖定機(jī)構(gòu)由傳動(dòng)油缸、機(jī)械鎖定軸、電磁鎖定軸和電磁鐵等零件組成，具有機(jī)械電磁聯(lián)合鎖定功效。當(dāng)閥門全開后，先由傳動(dòng)油缸的作用力驅(qū)動(dòng)機(jī)械鎖定軸投進(jìn)到鎖定地位進(jìn)行初鎖，再由電磁鐵的電磁力驅(qū)動(dòng)電磁鎖定軸進(jìn)行終鎖，其鎖定過程在一系列行程開關(guān)的作用下，完整主動(dòng)進(jìn)行。重錘的勢(shì)能完整由機(jī)械鎖定軸蒙受，機(jī)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(jī)械鎖定軸能夠?qū)崿F(xiàn)安全把持，即使重錘過重或閥門長時(shí)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(tài)（最小流阻狀態(tài)），其間無需采用補(bǔ)油或補(bǔ)壓等措施。

（3）關(guān)閥主動(dòng)機(jī)械鎖定機(jī)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)定程序主動(dòng)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(jī)械鎖定軸在失往電磁鎖定軸的束縛后也即刻開鎖，此時(shí)重錘的勢(shì)能立即將重錘、搖臂和閥軸等零件帶動(dòng)封閉件按照預(yù)先調(diào)定的快關(guān)、緩沖和慢關(guān)程序作封閉運(yùn)動(dòng)，完成關(guān)閥動(dòng)作循環(huán)。在閥門的封閉過程中，必需消除舉升油缸下腔的油液，據(jù)此，采用把持并調(diào)節(jié)舉升油缸排油速度的方法，能有效地對(duì)閥門的封閉速度進(jìn)行把持。閥門的封閉過程分為快關(guān)、緩沖和慢關(guān)3個(gè)程序，其快關(guān)時(shí)間、慢關(guān)時(shí)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(jìn)行調(diào)節(jié)，能有效的防止管道內(nèi)產(chǎn)生水錘。

　 開閥前，可先打開內(nèi)部平衡閥門前后壓差機(jī)構(gòu)，其信號(hào)可以傳送到主控室。閥門在開啟狀態(tài)下，液控裝置系統(tǒng)有主動(dòng)保壓和手動(dòng)鎖定雙重保護(hù)，同時(shí)設(shè)有地位信號(hào)唆使裝置以及手動(dòng)鎖定投進(jìn)或撥出信號(hào)唆使裝置。電氣把持可根據(jù)用戶需要履行普通把持或PLC把持，實(shí)現(xiàn)泵閥聯(lián)動(dòng)，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程把持及與盤算機(jī)聯(lián)控。而且，一個(gè)液壓站可以同時(shí)對(duì)多臺(tái)進(jìn)水球閥進(jìn)行調(diào)控。

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