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稱分體型球閥（圖24-18）、非對稱分體型球閥 [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閥體上，其優(yōu)點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，否則活門無法裝人閥體；另一種是 對稱分體，將分型面放在閥軸中心線上，這時閥軸和活門可以采用整體結(jié)構(gòu)，重量可以減輕，制造時可以采用鑄鋼整體鑄造或分別鑄造后焊接在一起。

非對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)生漏水的問題。非對稱分體型球閥通常用于大型球閥。

斜分體型閥體的優(yōu)點與非對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，圓筒形活門的過水斷面就與引水鋼管直通，相當于引水鋼管的一部分，閥門對水流幾乎不產(chǎn)生阻力，也就不發(fā)生振動，這對提高水輪機的工作效率特別有利，在活門上設(shè)有一塊可移動的球面圓板止漏蓋，它在由其 間隙進入的壓力水作用下，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，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)置兩個球閥，一個工作球閥，一個檢修球閥。現(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，其動作程序如下：球閥開啟前， 在用旁通閥向下游充水的同時，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，此時即可開啟活門；相反，當活門關(guān)閉時，此時C孔已經(jīng)關(guān)閉，壓力水由活門和密封蓋的護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，但這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，活門和密封蓋護圈之間的間隙容易堵死，造成密封蓋動作失靈，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），活動密封環(huán)可以用上游壓力水或壓力油來操作。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不銹鋼密封座與檢修密封相接觸。檢修密封環(huán)的動作靠水壓或油壓實現(xiàn)。正常情況下檢修密封為常開狀態(tài)，只有當需要檢修工作密封和軸頭密封時，檢修密封才投入工作。

檢修密封有機械操作的，也有水壓操作的。圖 24-20所示左上側(cè)為機械操作的密封，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。當需打開密封時，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滑瓦面。現(xiàn)在一般都采用具有自潤滑能力的軸套，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

當水輪機進水球閥要開啟時，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)的信號顯示開啟，這樣，水流就通過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。當活門前后壓力趨于平衡，控制水輪機進水球閥的壓力傳感器和壓力幵關(guān)的顯示達到設(shè)定值時，接力器轉(zhuǎn)動活門由全關(guān)旋轉(zhuǎn)到全開，水輪機進水球閥開啟過程結(jié)束。

當水輪機進水球閥要關(guān)閉時，首先，接力器轉(zhuǎn)動活門由全開旋轉(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)的信號顯示關(guān)閉，水流被全部截斷，水輪機進水球閥關(guān)閉過程結(jié)束。

一般情況下，上游檢修密封始終處于開啟位置，只有當機組檢修或水輪機進水球閥更換密封時，才關(guān)閉水輪機進水球閥檢修密封，并投入檢修密封的機械鎖定。 長時間停機或機組發(fā)生事故而導(dǎo)水機構(gòu)不能關(guān)閉時，關(guān)閉水輪機進水球閥工作密封。值得一提的是水輪機進水球閥工作密封是要經(jīng)常被操作、動作的，而檢修密封是很少動作的。另外，在引水鋼管充滿水的情況下，水輪機進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、控制機構(gòu)的組成部分及控制原理球閥主密封的操作通常通過水壓或油壓來實現(xiàn)，水壓取自上游連接管，油壓取自球閥的油壓裝置，工作密封采用自動控制，檢修密封采用手動控制。球閥活門的正常操作和事故情況下的動水緊急關(guān)閉通常通 過接力器的油壓來實現(xiàn)，由于通過重錘來實現(xiàn)動水關(guān)閉，重錘的重量需要很大，一般球閥不設(shè)機械式重錘，如果水質(zhì)允許的話，球閥接力器的關(guān)閉腔通過壓力水來操作，壓力水取自球閥上游連接管，這樣通過液壓重錘來代替機械式重錘，保證球閥在機組事故情 況下能夠?qū)崿F(xiàn)動水緊急關(guān)閉。

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

①球閥的開啟過程

a.開啟條件是導(dǎo)葉全關(guān)，機組無停機信號，球閥無關(guān)閉信號，球閥鎖定已拔出，檢修密封已撤出；

b.發(fā)出開啟球閥信號；

c.通過動作電磁配壓閥開啟旁通閥進行平壓；

-d.平壓后差壓變送器發(fā)出信號；

e.撤出球閥工作密封，限位開關(guān)發(fā)出撤出信號；

f.通過動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；

h.通過動作電磁配壓閥關(guān)閉旁通閥；

i.球閥開啟過程結(jié)束。

②球閥的關(guān)閉過程

a.發(fā)出關(guān)閉球閥信號；

b.通過動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；

d.投人工作密封，發(fā)出投人信號；

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

f.球閥關(guān)閉過程結(jié)束。