4）球閥的主要部件

球閥本體結(jié)構(gòu)基本與蝶閥相同，由閥體、活門、 軸承、密封、轉(zhuǎn)臂、配重塊、接力器、基礎(chǔ)部件等組成，典型結(jié)構(gòu)如圖24-18所示。

①閥體球閥按閥體結(jié)構(gòu)可分為沿水流方向垂直對(duì)稱分體型球閥（圖24-18）、非對(duì)稱分體型球閥 [圖24_19 （a）]、三段分體型球閥[圖24_19 （b）]、 斜分體型球閥[圖24-19 （c）]及整體型球閥。

閥體通常由左右閥體組合而成。分型面的位置有兩種，一種是偏心分體，分型面放在靠近下游側(cè)，閥體的地腳螺栓都布置在靠上的大半個(gè)閥體上，其優(yōu)點(diǎn)是分型面螺釘受力均勻，采用這種結(jié)構(gòu)，閥軸和活門必須是裝配式的，否則活門無(wú)法裝人閥體；另一種是 對(duì)稱分體，將分型面放在閥軸中心線上，這時(shí)閥軸和活門可以采用整體結(jié)構(gòu)，重量可以減輕，制造時(shí)可以采用鑄鋼整體鑄造或分別鑄造后焊接在一起。

非對(duì)稱分體型閥體的分型面避開了閥軸處，能夠避免由于閥軸處密封與閥體分型面處密封黏結(jié)不好而產(chǎn)生漏水的問(wèn)題。非對(duì)稱分體型球閥通常用于大型球閥。

斜分體型閥體的優(yōu)點(diǎn)與非對(duì)稱分體型閥體基本相同，只是斜分體型通常用于中小型球閥，閥軸和活門可以為整體結(jié)構(gòu)。

對(duì)稱分體型閥體通常用于小型球閥，閥軸和活門為整體結(jié)構(gòu)，加工和裝配比較簡(jiǎn)單，但由于閥體分型面在閥軸中心線上，閥軸處易漏水。

閥體還可以做成整體結(jié)構(gòu)，兩半閥體在活門裝入后焊接成整體，然后與活門同加工，由于閥體是不可拆卸結(jié)構(gòu)而且加工較為復(fù)雜，受運(yùn)輸條件和加工條件的限制。

②活門球閥活門一般有裝配式結(jié)構(gòu)、鍛鑄焊結(jié)構(gòu)、整鑄結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)。裝配式結(jié)構(gòu)是閥軸與活門通過(guò)鍵等連接方式連接成一體。鍛鑄焊結(jié)構(gòu)是將鍛造

的活門軸與鑄造的活門分別加工后焊在一起，此種結(jié)構(gòu)通常用于尺寸較大的球閥活門。整鑄結(jié)構(gòu)是將活門和閥軸整鑄為一體，此種結(jié)構(gòu)一般用于尺寸比較小的球閥活門。 

球閥的活門為圓筒形，球閥處于開啟位置時(shí)，圓筒形活門的過(guò)水?dāng)嗝婢团c引水鋼管直通，相當(dāng)于引水鋼管的一部分，閥門對(duì)水流幾乎不產(chǎn)生阻力，也就不發(fā)生振動(dòng)，這對(duì)提高水輪機(jī)的工作效率特別有利，在活門上設(shè)有一塊可移動(dòng)的球面圓板止漏蓋，它在由其 間隙進(jìn)入的壓力水作用下，封住出口側(cè)的孔口，隨后隨著閥后水壓力的降低，形成嚴(yán)密的水封。為了防止止漏蓋銹蝕，止漏蓋與閥體的接觸面鋪設(shè)不銹鋼。由于承受水壓力的工作面是一個(gè)球面，改善了受力條件，這不僅使球閥能承受較大的水壓力，還能節(jié)省材 料，減輕閥門自重。閥門開啟時(shí)，應(yīng)開啟泄壓閥，排除球面圓板止漏蓋內(nèi)腔的壓力水。同時(shí)開啟旁通閥， 使球閥后充水，止漏蓋在彈簧和閥后水壓力的作用下脫離與閥體的接觸，這樣用不大的開啟力矩就可使球閥開啟。

（5）球閥的密封

球閥的密封分活門主密封和活門閥軸密封兩部分。

①活門主密封球閥的密封裝置有單側(cè)和雙側(cè)兩種結(jié)構(gòu)。單側(cè)密封是在球形活門的下游側(cè)設(shè)有密封蓋和密封環(huán)組成的密封裝置，也稱為球閥的工作密封裝置，如圖24-20中所示的右側(cè)密封裝置。雙側(cè)密封是在活門下游裝設(shè)密封裝置的基礎(chǔ)上，在活門的上游再設(shè)一道密封裝置，以便于對(duì)閥門工作密封的檢修。 設(shè)置在活門的上游側(cè)的密封裝置，也稱為球閥的檢修密封裝置，如圖24-20中左側(cè)的密封裝置。

以前的球閥都采用單側(cè)密封，這樣在一些重要的高水頭水電站就得設(shè)置兩個(gè)球閥，一個(gè)工作球閥，一個(gè)檢修球閥?，F(xiàn)在多采用雙側(cè)密封球閥，以便于檢修。

活門主密封裝置有兩種，即工作密封與檢修密封。

工作密封一般位于球閥下游出流側(cè)，早期生產(chǎn)的球閥工作密封一般采用密封蓋結(jié)構(gòu)形式，主要由密封環(huán)、密封蓋等組成，其動(dòng)作程序如下：球閥開啟前， 在用旁通閥向下游充水的同時(shí)，將泄壓閥打開使密封蓋內(nèi)腔A處（圖24-20,下同）的壓力水由孔C排 出，由于旁通閥的開啟，球閥下游側(cè)水壓力逐漸升高，在彈簧力和閥后水壓力的作用下，逐漸將密封蓋壓人，密封口脫開，此時(shí)即可開啟活門；相反，當(dāng)活門關(guān)閉時(shí)，此時(shí)C孔已經(jīng)關(guān)閉，壓力水由活門和密封蓋的護(hù)圈之間的間隙流到密封蓋的內(nèi)腔A，隨著下游水壓力的下降，密封蓋逐漸壓緊，直至將密封口封嚴(yán)，但這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，活門和密封蓋護(hù)圈之間的間隙容易堵死，造成密封蓋動(dòng)作失靈，球閥關(guān)閉困難。

現(xiàn)在球閥的工作密封與檢修密封一樣采用密封環(huán)結(jié)構(gòu)形式，其兩側(cè)的結(jié)構(gòu)相同，由活動(dòng)密封環(huán)和把合在活門上的固定密封環(huán)組成（圖24-21），活動(dòng)密封環(huán)可以用上游壓力水或壓力油來(lái)操作。密封環(huán)大體有T形密封、L形密封和彈形金屬密封三種。

檢修密封位于球閥上游側(cè)進(jìn)口位置，檢修密封結(jié)構(gòu)為環(huán)狀不銹鋼制的密封環(huán)，在活門上也制作一個(gè)密封面與檢修密封相接觸，該密封面焊有不銹鋼材料或在活門上把合上一個(gè)不銹鋼密封座與檢修密封相接觸。檢修密封環(huán)的動(dòng)作靠水壓或油壓實(shí)現(xiàn)。正常情況下檢修密封為常開狀態(tài)，只有當(dāng)需要檢修工作密封和軸頭密封時(shí)，檢修密封才投入工作。

檢修密封有機(jī)械操作的，也有水壓操作的。圖 24-20所示左上側(cè)為機(jī)械操作的密封，利用分布在密封環(huán)一周的螺桿和螺母調(diào)整密封環(huán)，壓緊密封面。這種結(jié)構(gòu)零件多，操作不方便，而且容易因周圍螺桿作用力不均，造成偏卡和動(dòng)作不靈，現(xiàn)在已經(jīng)被水壓操作 代替。7JC作的密封裝置結(jié)構(gòu)如圖24-20左下側(cè)所示， 它由設(shè)在閥體上的環(huán)形壓水室B、水管b、水管a、密封環(huán)和設(shè)在活門上的密封面構(gòu)成。當(dāng)需打開密封時(shí)，水管 b接通壓力水，水管a接通排水，則密封環(huán)左（后）退， 密封口張開；反之，水管b接通排水，水管a接通壓力 水，則密封環(huán)右（前）伸，密封口貼合。

②閥軸密封與蝶閥類似，一般采用V形密封圈、軸用回轉(zhuǎn)方形密封圈或者0形密封圈，如果球閥閥體分型面不通過(guò)軸孔，則三種密封類型都具有較好的效果。閥軸處軸瓦以前通常采用鑄錫青銅軸瓦， 此種軸瓦需要在軸頭處布置油杯潤(rùn)滑瓦面?，F(xiàn)在一般都采用具有自潤(rùn)滑能力的軸套，如聚甲醛鋼背復(fù)合軸 套、鑲嵌式軸套、燒結(jié)式軸套、高分子纖維軸套等。

（6）工作原理

當(dāng)水輪機(jī)進(jìn)水球閥要開啟時(shí)，首先解除檢修密封處的3套周圈均布的沿水流方向鎖定檢修密封的鎖定裝置，然后在檢修密封的開啟腔通入壓力油，使檢修密封處于開啟狀態(tài)，上游檢修密封的行程開關(guān)的信號(hào)顯示開啟，在此狀況下，在下游工作密封的開啟腔通 入壓力油，使工作密封處于開啟狀態(tài)，且下游工作密封的行程幵關(guān)的信號(hào)顯示開啟，這樣，水流就通過(guò)上游檢修密封處的周圍間隙與下游工作密封的周圍間隙向蝸殼內(nèi)充水。當(dāng)活門前后壓力趨于平衡，控制水輪機(jī)進(jìn)水球閥的壓力傳感器和壓力幵關(guān)的顯示達(dá)到設(shè)定值時(shí)，接力器轉(zhuǎn)動(dòng)活門由全關(guān)旋轉(zhuǎn)到全開，水輪機(jī)進(jìn)水球閥開啟過(guò)程結(jié)束。

當(dāng)水輪機(jī)進(jìn)水球閥要關(guān)閉時(shí)，首先，接力器轉(zhuǎn)動(dòng)活門由全開旋轉(zhuǎn)到全關(guān)，然后，在下游工作密封的關(guān)閉腔通入壓力油，使工作密封處于關(guān)閉狀態(tài)，且下游工作密封的行程開關(guān)的信號(hào)顯示關(guān)閉，水流被全部截?cái)?，水輪機(jī)進(jìn)水球閥關(guān)閉過(guò)程結(jié)束。

一般情況下，上游檢修密封始終處于開啟位置，只有當(dāng)機(jī)組檢修或水輪機(jī)進(jìn)水球閥更換密封時(shí)，才關(guān)閉水輪機(jī)進(jìn)水球閥檢修密封，并投入檢修密封的機(jī)械鎖定。 長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)或機(jī)組發(fā)生事故而導(dǎo)水機(jī)構(gòu)不能關(guān)閉時(shí)，關(guān)閉水輪機(jī)進(jìn)水球閥工作密封。值得一提的是水輪機(jī)進(jìn)水球閥工作密封是要經(jīng)常被操作、動(dòng)作的，而檢修密封是很少動(dòng)作的。另外，在引水鋼管充滿水的情況下，水輪機(jī)進(jìn)水球閥的活門要么處于關(guān)閉，要么處于開啟狀態(tài)， 不允許停留在其他位置作調(diào)節(jié)流量用。

（7）鎖定裝置、球閥接力器及球閥附屬結(jié)構(gòu)

鎖定裝置、球閥接力器及其連接方式、球閥的附屬結(jié)構(gòu)與蝶閥的基本相同。

（8）球閥操作的方式、控制機(jī)構(gòu)的組成部分及控制原理球閥主密封的操作通常通過(guò)水壓或油壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，水壓取自上游連接管，油壓取自球閥的油壓裝置，工作密封采用自動(dòng)控制，檢修密封采用手動(dòng)控制。球閥活門的正常操作和事故情況下的動(dòng)水緊急關(guān)閉通常通 過(guò)接力器的油壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于通過(guò)重錘來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)水關(guān)閉，重錘的重量需要很大，一般球閥不設(shè)機(jī)械式重錘，如果水質(zhì)允許的話，球閥接力器的關(guān)閉腔通過(guò)壓力水來(lái)操作，壓力水取自球閥上游連接管，這樣通過(guò)液壓重錘來(lái)代替機(jī)械式重錘，保證球閥在機(jī)組事故情 況下能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)水緊急關(guān)閉。

球閥的控制機(jī)構(gòu)與蝶閥基本相同，只是增加了對(duì)檢修密封的確認(rèn)和對(duì)工作密封的操作。

①球閥的開啟過(guò)程

a.開啟條件是導(dǎo)葉全關(guān)，機(jī)組無(wú)停機(jī)信號(hào)，球閥無(wú)關(guān)閉信號(hào)，球閥鎖定已拔出，檢修密封已撤出；

b.發(fā)出開啟球閥信號(hào)；

c.通過(guò)動(dòng)作電磁配壓閥開啟旁通閥進(jìn)行平壓；

-d.平壓后差壓變送器發(fā)出信號(hào)；

e.撤出球閥工作密封，限位開關(guān)發(fā)出撤出信號(hào)；

f.通過(guò)動(dòng)作電磁配壓閥和四通滑閥開啟球閥；

g.球閥開啟至全開位置，全開位置限位開關(guān)發(fā)出信號(hào)；

h.通過(guò)動(dòng)作電磁配壓閥關(guān)閉旁通閥；

i.球閥開啟過(guò)程結(jié)束。

②球閥的關(guān)閉過(guò)程

a.發(fā)出關(guān)閉球閥信號(hào)；

b.通過(guò)動(dòng)作電磁配壓閥和四通滑閥關(guān)閉球閥；

c.球閥關(guān)閉至全關(guān)位置，全關(guān)位置限位開關(guān)發(fā)出信號(hào)；

d.投人工作密封，發(fā)出投人信號(hào)；

e.通過(guò)動(dòng)作電磁配壓閥投入球閥液壓鎖定并發(fā)出投入信號(hào)（如果設(shè)有液壓鎖定裝置）；

f.球閥關(guān)閉過(guò)程結(jié)束。