球閥一般安裝在水輪機(jī)蝸殼前端，其公稱直徑一般等于壓力鋼管直徑。

球閥的直徑按大中型水輪機(jī)進(jìn)水閥門系列推薦標(biāo)準(zhǔn)為DN500、DN650、DN800、DN1000, DN1300,DN1600、DN2000, DN2400 及新增 DN2500、DN2800,DN3000、DN3400, DN3500、DN4000, DM600。

球閥的優(yōu)點是承受的水頭高；活門剛性好，撓度變形小，密封性能好；密封裝置不宜磨損；活門全開時，其過水孔和管道內(nèi)徑一致，幾乎沒有水力損失， 由于采用柔性密封結(jié)構(gòu)，啟閉球閥時所需操作力矩小，而且由于球閥活門的剛性比蝶閥活門的剛性高， 所以在動水關(guān)閉時的振幅比蝶閥小，這對動水緊急關(guān)閉極其有利。其缺點是外形尺寸較蝶閥大，重量大， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝復(fù)雜，造價高。

一般情況下，球閥主要用于高水頭水電站，工作水頭一般在240m以上；低于240m水頭時，應(yīng)與蝶閥和圓筒閥做選型比較。目前世界上已制成的球閥zui大直徑達(dá)4. 6m,已制成的球閥中zui高工作水頭達(dá)1700m。

（1）球閥的主要構(gòu)成部分及作用

進(jìn)水球閥主要由主閥部分、驅(qū)動部分、旁通管路、上游湊合節(jié)、下游伸縮節(jié)、鎖定部分、支撐部分及配套部分八大部分組成（圖24-8）。

①主閥部分（標(biāo)配）：包括閥體、球體、閥桿及閥座（活塞止水環(huán)）等，該部分是整個閥門的核心，其作用是接通或切斷水流。

②驅(qū)動部分（標(biāo)配）：對于電動操作的水輪機(jī)進(jìn)水球閥，其驅(qū)動部分為電動裝置；對于液動操作進(jìn)水球閥，其驅(qū)動部分為液壓接力器與拐臂（對于搖擺缸）等，該部分的作用是驅(qū)動主閥進(jìn)行啟閉動作。

③旁通管路（推薦采用）：包括旁通閥、檢修閥 （僅用于旁通閥）、鋼管、彎頭等，該部分的作用是在閥門啟閉前平衡上下游壓差，避免在全壓差下啟閉閥門出現(xiàn)水錘現(xiàn)象以及有效地降低閥門的操作力矩。

④上游湊合節(jié)（對液動止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥為標(biāo)配，對其余兩類為選配）：用于閥門與上游端壓力鋼管進(jìn)行連接，連接方式通常為焊接，并且會預(yù)留50?100mm的焊接配割余量。

⑤下游伸縮節(jié)（對液動止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥為標(biāo)配，對其余兩類為選配）：包括插管與活動法蘭兩部分，用于閥門與下游水輪機(jī)進(jìn)水蝸殼連接，連接方式為法蘭連接。通過伸縮節(jié)的方式，一方面可方便對閥門自身進(jìn)行檢修維護(hù)，另一方面可適應(yīng)由于溫 度、壓力的變化造成的管道軸向膨脹或收縮。

⑥鎖定部分（選配）：主要包括上游檢修密封鎖定及接力器鎖定。主要用于防止由于誤操作帶來的閥門誤動作，保證系統(tǒng)的安全性及可靠性。

⑦支撐部分：包括主閥與接力器底座，底座通過地腳螺栓安裝于混凝土支墩上，用于支撐閥門的重量及為搖擺式接力器提供固定轉(zhuǎn)軸。

⑧配套部分：該部分用于控制閥門的驅(qū)動部分， 為驅(qū)動裝置提供動力源，并使閥門按照預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行動作。

（2）球閥的類型特點

按閥軸的布置方式可分為立式和臥式兩種，立式球閥因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行中存在積沙易卡等缺點，已被淘汰。在一般情況下宜優(yōu)先選用臥式布置，理由與蝶閥基本相同。臥式球閥的密封類型有單面和雙面兩種，雙面密封可在不放空壓力引水管的情況下，對其工作密封等進(jìn)行檢修。

球閥全開時，圓筒形活門的過水?dāng)嗝媾c壓力引水管道直通，相當(dāng)于一段鋼管，對水流幾乎不產(chǎn)生阻力，水力損失很小，也不會產(chǎn)生振動。當(dāng)全關(guān)時，活門旋轉(zhuǎn)90°，由其密封裝置截斷水流。

球閥關(guān)閉嚴(yán)密，漏水極少；止水環(huán)在活門活動時不受摩擦，不易磨損；全開時水流條件好，幾乎沒有水力損失；啟閉時操作力矩很?。▌铀僮鲿r只有摩擦力矩5%左右的水阻力），有利于動水緊急關(guān)閉。 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積、重量大、造價高。

（3）球閥的結(jié)構(gòu)特點

①不銹鋼活塞式止水環(huán)液動止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥采用不誘鋼活塞式止水環(huán)來密封止水，通過油壓或水壓來控制止水環(huán)的投人與退出（圖24-9）。每

臺閥門設(shè)兩個止水環(huán)，上游側(cè)為檢修密封，下游側(cè)為工作密封。檢修密封設(shè)手動鎖緊裝置，正常工作時檢修密封處于常開狀態(tài)，只在機(jī)組檢修時投入，為保證下游檢修的安全性，應(yīng)手動將鎖定投入。工作密封在閥門關(guān)閉時投入，在球體動作前退出，為保證閥門能 在緊急情況下迅速關(guān)閉，在閥門達(dá)到全開后，工作密封仍然處于退出狀態(tài)。

通過變換進(jìn)油（或水）的方向來控制止水環(huán)的動作方向，以滿足操作的需要。止水環(huán)與閥體及端蓋之間的密封釆用雙重0形圈，并且可通過設(shè)置PTFE 擋圈的方式來減小0形圈的磨損。止水環(huán)的材料通常為不銹鋼12Crl3。

②可更換的活門密封環(huán)因止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥通常用于水質(zhì)較差、水頭較高的電站，所以惡劣的工況對閥門的損耗是非常嚴(yán)重的，特別是對密封面的磨損非常厲害。為了提高閥門的可維護(hù)性，液動止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥將閥門的密封環(huán)設(shè)計為可拆卸可更換結(jié)構(gòu)，在閥門長期使用活門密封環(huán)發(fā)生嚴(yán)重磨損后，可僅對密封環(huán)進(jìn)行更換而不需要更換活門或另購閥門，這將大大提高閥門主體的使用壽命，同時也會大大降低資金投入。

活門主要由活門體、密封環(huán)、0形圈、螺釘及定位銷（圖24-10）組成。密封環(huán)通過一組螺釘固定在活門體相應(yīng)部位；密封環(huán)與活門體之間的密封靠〇形圈來保證；定位銷的作用在于密封環(huán)與活門體的準(zhǔn)確定位，以免密封環(huán)更換以后與活門體發(fā)生裝配錯位。密封環(huán)的材料通常為20013。

③更輕便的活門結(jié)構(gòu)液動止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥經(jīng)過多年的實踐，摒棄了之前常用的完整球形活門結(jié)構(gòu)，而采用了類球狀結(jié)構(gòu)，大大減輕了活門的重量（圖24-11）。一方面可以節(jié)省不少投資，另一方面亦可緩解活門自重對閥殼帶來的受力影響。

為保證活門具有足夠的強(qiáng)度與剛度，液動止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥在活門的相應(yīng)部位設(shè)置加強(qiáng)筋，保證了閥門的整體可靠性?；铋T材料通常為WCB碳素鑄鋼。

④方便更換止水環(huán)的結(jié)構(gòu)液動止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥*的結(jié)構(gòu)可保證在不將閥門拆開或不從管道上拆下的情況下，對閥門止水環(huán)進(jìn)行維修及更換。

止水環(huán)尾部設(shè)有拔出螺孔，當(dāng)止水環(huán)損壞時，可 依次拆下伸縮節(jié)（或湊合節(jié)）、端蓋，再用工具將止水環(huán)取出（圖24-12）。止水環(huán)修復(fù)或更換后，亦可按照上述相反的順序進(jìn)行裝配。整個過程不需要對閥門進(jìn)行解體，極大地方便了閥門的維修維護(hù)。

⑤更加合理的行程指示桿為了滿足復(fù)雜的順序控制需要，液動止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥需要提供各種信號，止水環(huán)投入與拔出的信號就是其中之一。它是判斷活門是否可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動條件的*條件，因此該信號的準(zhǔn)確性將直接影響到整個閥門動作的準(zhǔn)確性。

傳統(tǒng)行程指示桿通過螺紋與止水環(huán)連在一起，可將止水環(huán)的活塞動作狀態(tài)*反映到指示桿上（圖 24-13） 0但此種結(jié)構(gòu)的缺點在于：

a.裝配時必須保證止水環(huán)、端蓋與伸縮節(jié)（湊合節(jié)）之間有非常的定位，否則無法安裝指示桿。

b.止水環(huán)沒有軸向定位裝置，在使用過程中可能存在沿圓周方向轉(zhuǎn)動的趨勢，很容易將指示桿卡住，這樣一來會影響止水環(huán)動作的可靠性，嚴(yán)重時還會將指示桿剪斷?？紤]到這種情況，采用了改型的行程指示桿結(jié)構(gòu)。

改型的行程指示桿采用了非固定式的結(jié)構(gòu)（圖

24-14）,當(dāng)止水環(huán)退出時，可直接將指示桿推動，當(dāng)止水環(huán)投人時，通過彈簧張力使指示桿隨之運(yùn)動。該結(jié)構(gòu)可很好地避免傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所帶來的弊端。

⑥*伸縮節(jié)形式水輪機(jī)進(jìn)水球閥伸縮節(jié)由伸縮節(jié)插管和活動法蘭兩部分組成（圖24-15），密封采用雙重（或三重）橡膠0形密封圈，為減小活動法蘭自重對0形圈的磨損擠壓，在每只0形圈背后設(shè)置PTFE擋圈，此舉可有效延長0形圈使用壽命及提高密封的可靠性。

該結(jié)構(gòu)在兩個方向均設(shè)置一定的伸縮量，當(dāng)閥門正常工作時，該結(jié)構(gòu)可以自動適應(yīng)由于壓力、溫度變化帶來的管道軸向膨脹或收縮。當(dāng)對閥門進(jìn)行檢修維護(hù)時（如更換止水環(huán)、活門密封圈等），拆下伸縮節(jié)與進(jìn)水蝸殼法蘭及閥門部分的連接螺栓，將活動法蘭 向上游（閥門方向）推動，同時將插管向下游（進(jìn)水蝸殼方向）推動，縮短伸縮節(jié)長度，騰出足夠空間滿足閥門拆裝要求（圖24-16）;當(dāng)伸縮節(jié)自身的密封圈損壞需要更換時，拆下伸縮節(jié)與進(jìn)水蝸殼法蘭的連接螺栓，插管不動，將活動法蘭向上游（閥門方向）推 動，直至*露出0形圈槽，此時可以非常方便地對〇形圈進(jìn)行更換（圖24-17）。

⑦滿足微機(jī)監(jiān)控要求水輪機(jī)進(jìn)水球閥可配套提供電動或液動PLC控制柜，對于液動水電球閥， 還可配套提供油壓裝置。

控制柜應(yīng)設(shè)有以下信號裝置：指示主閥開啟與關(guān)閉的信號裝置；指示旁通閥開啟與關(guān)閉的信號裝置；指示接力器鎖定投入與拔出的信號裝置；指示工作、檢修密封的信號裝置；油壓表、閥前、閥后水壓表。這些傳感器提供信號，并與控制柜和中央控制室連接，實現(xiàn)閥門的就地操作或中央控制，滿足微機(jī)監(jiān)控的要求。

⑧滿足動水關(guān)閉的要求水輪機(jī)進(jìn)水球閥根據(jù)電站的實際情況進(jìn)行設(shè)計，所有數(shù)據(jù)均經(jīng)過嚴(yán)格的計算及校核，zui大限度保障了運(yùn)行的安全性，滿足在噴針不關(guān)閉、旁通不平壓下的緊急關(guān)斷要求。

⑨人孔結(jié)構(gòu)（可選）對于SDIV900的水輪機(jī)進(jìn)水球閥，根據(jù)需要，可以設(shè)計人孔結(jié)構(gòu)，以方便對閥門及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢修。

⑩水輪機(jī)進(jìn)水球閥閥軸密封閥軸密封屬于運(yùn)動密封，閥軸頭處設(shè)有鋼套，鋼套外側(cè)設(shè)兩道0形密封，內(nèi)側(cè)設(shè)兩道密封，一道接近閥體內(nèi)圓，采用整圈O形橡膠密封，另一道在閥體外側(cè)，采用U形密封，這種封水結(jié)構(gòu)的好處是泥沙不會進(jìn)入軸瓦，既可保證鋼套拆卸方便，又可保證活門轉(zhuǎn)動靈活。進(jìn)水球閥能在不拆開閥體的情況下更換檢修密封、工作密封及軸頸密封。

?閥軸與軸承閥軸采用鍛鋼制造，在與軸承及軸頭密封相接觸的表面堆焊有不銹鋼層，以增加抗磨蝕能力，閥軸與活門用螺栓擰合成一體。軸承采用德國進(jìn)口 DEVA-BM軸承，具有良好的承載性能。

?空氣閥名義直徑為DiV200，裝在水輪機(jī)進(jìn)水球閥伸縮管的頂部。當(dāng)蝸殼放水時，它就自動打開。當(dāng)蝸殼充水時，其內(nèi)部的空氣通過空氣閥排入大氣中。當(dāng)水輪機(jī)進(jìn)水球閥動水關(guān)閉時，空氣閥向蝸殼及伸縮管補(bǔ)入空氣，以免產(chǎn)生真空而喪失穩(wěn)定性。