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1、第第1章 水轮机进水阀及其操作系统章 水轮机进水阀及其操作系统?主要内容 1、进水阀的作用及设置条件 2、进水阀的型式及其主要构件 3、进水阀的操作方式和操作系统 ?重点难点 1、进水阀的作用 2、蝴蝶阀和球阀的结构、特点及操作过程 3、蝴蝶阀的操作条件及操作过程第第1.1节 进水阀的作用及设置条件节 进水阀的作用及设置条件安装在水轮机蜗壳渐变段 前（蜗壳进口）的压力钢 管上的阀门称为水轮机进 水阀，又称主阀。1、进水阀定义、进水阀定义水轮机进水阀水轮机进水阀2、进水阀作用、进水阀作用 1机组检修时，用于截断水轮机上游的水流； 2停机时减少机组漏水量和缩短重新启动时间； 3导叶控制系统故障时，
2、防止飞逸事故的扩大。 3、进水阀设置条件、进水阀设置条件： 进水阀在一些电站起着非常重要的作用，但并 非所有电站均应设置进水阀，设置时应满足： 1当一根输水总管供给几台水轮机用水时，应在每 台水轮机前设置进水阀； 2对水头大于150m的单元输水管，应在进水口设 置快速闸门，同时在水轮机前设置进水阀； 3对最大水头小于150m，且长度较短的单元输水 管，应在进水口设置快速闸门，在水轮机前可不 设置进水阀。4、进水阀技术要求、进水阀技术要求：进水阀是机组和水电站的重要安全保护设备， 对其结构和性能有较高的要求： 1结构简单，外形尺寸小，重量轻； 2工作可靠、操作简便； 3止水性能好； 4阀门本身及
3、其操作机构的结构和强度应满足运行 的要求（比如承压能力）。5、进水阀的工作状态、进水阀的工作状态：进水阀通常只有全开或全关两种工作状态。不 宜作部分开启来调节流量，以免造成过大的水力 损失和影响水流稳定。 进水阀不允许在动水情况下开启，因为这样需更 大的操作功。第第1.2节 进水阀的型式及其主要构件节 进水阀的型式及其主要构件大中型水轮机进水管道上的阀门，常用的有蝴 蝶阀蝴 蝶阀和球阀球阀两种；中小型水轮机常用的进水阀主 要有蝴蝶阀、球阀、转筒阀转筒阀、闸阀闸阀，圆筒阀圆筒阀等。 1、蝴蝶阀、蝴蝶阀（适用于最大工作水头在250m以下） 1装置结构蝴蝶阀主要由圆筒形的阀体阀体和可在其中绕轴转 动
4、的活门活门以及阀轴阀轴、轴承轴承、密封装置密封装置及操作机构操作机构 等组成。阀门关闭时，活门的四周与圆筒形阀体 接触，封闭水流的通路；阀门开启时，水流绕活 门两侧流过。全开状态全关状态阀体活门流道阀轴立式蝶阀卧式蝶阀立式蝶阀卧式蝶阀2装置型式蝴蝶阀有立轴立轴和卧轴卧轴两种型式，并各有优势。 立轴蝶阀具有结构紧凑，占用的场地面积小，而 且立轴碟阀的操作机构位于阀体顶部，便于检修 和维护，但立轴的下部轴承易积泥沙且结构要复 杂一些；卧轴蝶阀正好相反，其结构相对简单， 且无泥砂沉积问题。在河流泥沙较多的电站，宜 选用卧式蝶阀。3装置特点蝴蝶阀的优点优点是外形尺寸小，重量较轻，造价便 宜，构造简单，
5、操作方便，能动水关闭。其缺点缺点 是对水的流态有影响，引起水力损失和汽蚀，密 封性能不如其他阀门。4活门活门在全关位置时，承受全部水压，在全开位 置时处于水流中心，因此，它不仅要有足够的刚 度和强度，而且要有良好的水力性能 。活门主要 有如下几种结构形式：双平板形双平板形：其封水面与转轴不 在同一平面上，密封设在上 游平板的外缘，活门两侧各 有一块圆形平板，两平板间 由若干沿水流方向的筋板连 接，活门全开时，两平板之 间也能通过水流，其特点是 水力阻力系数小，且当活门 全关后封水性能好，但受结 构、加工、运输等条件的限 制，一般用于直径小于4m的 蝶阀。菱形菱形：水力阻力系数最小，但其强 度较
6、弱，适用于工作水头较低的 电站铁饼形铁饼形：断面外形由 圆弧或抛物线构成， 其水力阻力系数较 菱形和平斜形大， 但强度较好，适用 于高水头电站平斜形平斜形：断面中间部分为矩形，两 侧为三角形，适用于直径大于4m 的分瓣组合的蝶阀，其水力阻力 系数介于菱形和铁饼形之间5密封装置（有两处需密封） ? 端部密封端部密封（阀体与阀轴连接处）：对小型蝶阀， 常采用涨圈式密封；对大中型蝶阀则采用橡胶围 带式密封。 ? 周圈密封周圈密封（活门外圆的圆周）：对小型蝶阀，常 采用以固定在活门上的环形硬橡胶板或青铜制成 的密封环，与蝶阀的阀体构成压紧式圆周密封； 对大中型蝶阀，则采用以装在阀体上的橡胶空气 围带与
7、活门构成的空气围带式圆周密封。6附属部件 为了确保蝶阀的正常启闭，在蝶阀上通常设有 旁通阀和空气阀等附属部件。 ? 旁通管与旁通阀旁通管与旁通阀：是为满足蝶阀应在活门两侧平 压时才能开启而专门设置的。旁通阀由旁通管与 蝶阀活门的上下两侧连通。当需要开启蝶阀时， 先开旁通阀对阀后充水，平压后再开启蝶阀。旁 通管的断面面积，一般取蝶阀过流面积的12%， 但经过旁通管的流量必须大于导叶的漏水量，否 则无法实现平压。? 空气阀空气阀：为了在蝶阀关闭时向阀后补气，和 在蝶阀开启前向阀后充水时排气，必须在阀 门下游侧压力钢管的顶部设置空气阀。该阀由一个空心浮筒悬挂在导向活塞之下，浮筒 浮在蜗壳或管道中的水
8、面上，空气阀的通气孔与 大气相通。当水还没充满钢管时，空气阀的空心 浮筒在自重的作用下而开启，使蜗壳内的空气在 充入的水体的排挤下，经空气阀排出；当管道和 蜗壳充满水后，浮筒上浮至极限位置，蜗壳和管 道与大气隔断，以防止水流外溢。当进水阀和旁 通阀都关闭后，在进行蜗壳排水时，随着钢管内 的水位下降，空气阀的空 心浮筒在自重作用下而开 启，自由空气经空气阀向 蜗壳充气。7锁锭装置由于蝴蝶阀活门在稍偏离全开位置时即有自关 闭水力矩，因此在全开位置必须有可靠的锁锭装 置。同时，为了防止因漏油或液压系统事故以及 水的冲击作用而引起误动，一般在全开或全关位 置都应投入锁锭装置。销操作机构销孔阀轴2、球阀
9、、球阀（适用于最大工作水头在200m以上） 1装置结构球阀主要由阀体阀体、活门活门、阀轴阀轴、轴承轴承、密封装 置密封装 置及操作机构操作机构等组成。球阀通常采用卧轴型式。 球阀在开启位置时，圆筒形活门的过水断面与引 水钢管直通，阀门对水流不产生阻力，有利于提 高水轮机的工作效率；球阀关闭时，活门旋转90 度来截断水流。水流方向全开状态全关状态阀体球形活门2密封装置（有两种）? 工作密封工作密封：位于球阀的下游侧，主要部件有密封环和密封 盖。球阀开启前，先由旁通阀向下游充水，同时将密封盖 内的压力水由c孔排出，由于下游水压力的逐渐升高，在弹 簧和下游水压的作用下将密封盖压入，使密封口脱开，以
10、便开启球阀活门；当球阀关闭后，孔c关闭，压力水由活门 和密封盖的护 圈 之 间 的 间 隙 流 入 密 封 盖 内 腔 ， 随 着 下 游 水 压 的 下 降 ， 密 封 盖 在 上 游 水 压 的 作 用 下逐渐突出， 直 至 密 封 口 压严为止。? 检修密封检修密封：为便于球 阀的检修，可在球阀 的上游侧再设一道检 修止水密封，利用检 修止水密封，为工作 密封装置的检修与维 护提供方便。 左上侧为机械操作的密 封，利用螺杆5和螺母 6调整密封环，压紧密 封面； 左下侧为水压密封，当打开密封时，孔b接通压力水， 孔a接通排水，密封环后退，密封口打开；反之孔b 接通排水，孔a接通压力水，密封
11、环前伸，密封口贴 合。在球阀上仅设有工作密 封的，也称为单侧密封结构 的球阀；同时设有工作密封 和检修密封的，称为双侧密 封结构的球阀。3装置特点球阀虽然结构复杂，体笨重，造价较高，但它 承受的水压高，关闭严密，启闭操作力矩小；而 且由于球阀活门的刚性比蝶阀好，在动水关闭是 的振幅小；球阀在全开启状态下，其水阻力近似 为0。第1.3节 进水阀的操作方式和操作系统第1.3节 进水阀的操作方式和操作系统1、操作方式、操作方式进水阀的操作系统，按操作动力的不同，一般 有如下三类： 1手动操作手动操作：用于微型、小型机组以及不需要远方 操作的小型阀门； 2电动操作电动操作：用于小型、中型机组以及作检修
12、用的 阀门； 3液压操作液压操作：用于中型、大型机组以及作事故用的 阀门。2、操作条件、操作条件 1正常开启前应满足三个基本条件： ? 进水阀两侧水压相等（考虑到导叶关闭时的密封性 能，稳定时阀门前后压差在进水阀两侧水压相等（考虑到导叶关闭时的密封性 能，稳定时阀门前后压差在0.2MPa内即可认为已经 平压）内即可认为已经 平压） ? 密封装置退出工作位置密封装置退出工作位置(围带排气无压围带排气无压) ? 锁锭退出锁锭退出 2正常运行关闭时应满足两个基本条件： ? 水轮机导水叶完全关闭水轮机导水叶完全关闭 ? 锁锭退出锁锭退出特别说明：进水阀全开或全关后 锁锭必须重新投入特别说明：进水阀全开
13、或全关后 锁锭必须重新投入3发生事故时关闭只需满足一个条件：? 锁锭退出锁锭退出3、操作系统、操作系统 大中型电站的进水阀，其操作系统一般均为自动 控制，当获得外界的动作信号后，即按一定的程序 进行关闭或开启阀门。由于进水阀的结构、功能、 控制机构、自动化元件和要求各不相同，其操作系 统图也不一样。下面以蝶阀（水轮机进水阀主要型 式之一）为例进行介绍。典型的机械液压系统图4、开启蝶阀、开启蝶阀动画：开蝶阀蝶阀开启信号蝶阀开启信号 具备开启条件具备开启条件开启继电器励磁开启继电器励磁 1DP吸上吸上YDF下移下移 PTF上移开启上移开启 阀后压升阀后压升4YX动动DKF动围带排气动围带排气围带围
14、带6YX动动压油进压油进SD右腔右腔 SD退出退出2DP吸上吸上YF上移开启上移开启STHF左移左移蝶阀接力器开蝶阀接力器开 开至开至1HX动动开启继电器释放开启继电器释放 1DP落下落下YDF上移上移 SD投入投入YF下移关闭下移关闭压油进压油进SD左腔左腔 PTF关闭关闭蝶阀系统各部件工 作状态均正常，蝶 阀处于关闭状态蝶阀系统各部件工 作状态均正常，蝶 阀处于关闭状态压力油进入压力油进入 STHF右腔右腔1DP上腔压 油下腔排油上腔压 油下腔排油YF上腔排油上腔排油YDF上腔压 油下腔排油上腔压 油下腔排油SD右腔排油右腔排油压油与压油与PTF 下腔接通下腔接通1DP下腔压 油上腔排油下
15、腔压 油上腔排油5、关闭蝶阀、关闭蝶阀动画：关蝶阀蝶阀关闭信号蝶阀关闭信号 关闭继电器励磁关闭继电器励磁 1DP吸上吸上YDF下移下移 PTF开启开启压油进压油进SD右腔右腔 SD退出退出2DP落下落下YF上移开启上移开启STHF右移右移蝶阀接力器关蝶阀接力器关 关至关至2HX动动关闭继电器释放关闭继电器释放 1DP落下落下YP上移上移 SD投入投入YF下移关闭下移关闭压油进压油进SD左腔左腔 PTF关闭关闭DKF动围带充气动围带充气导叶全关 （正常关闭） 或未完全关 闭（事故紧 急关闭）， 蝶阀处于全 开状态导叶全关 （正常关闭） 或未完全关 闭（事故紧 急关闭）， 蝶阀处于全 开状态1.4
16、 水电站常用阀门1.4.1止回阀止回阀1.4.2梭式止回阀梭式止回阀1.4.3球阀球阀1.4.4闸阀闸阀1.4.5蝶阀蝶阀1.4.6截止阀截止阀1.4.1止回阀1概述概述 止回阀是依靠介质本身的压力来自动开启、关闭阀瓣，作 为管道和设备中防止介质倒流的阀门。 2结构结构 止回阀按其结构分为升降式和旋启式两种,如图所示。升 降式止回阀的阀瓣沿着阀体垂直中心线上下移动，旋启式止回 阀的阀瓣绕着阀座上的销轴旋转。1.4.2梭式止回阀1概述概述 梭式止回阀安装于水泵出水口处，以防止倒流及水锤对泵 的损害。 2结构结构 止回阀梭式止回阀基本 结构如图所示，主要由阀体、 阀座、导流体、阀瓣、轴承 及弹簧等主要零件组成。内 部水流通路采用流线型设计， 水头损失极小，同时于停泵 时其阀瓣阀闭行程很短，可 达快速关闭，防止巨大水击 声，形成静音效果。 6-5 梭式止回阀结构原理图1.4.3球阀 1概述概述 球阀主要用于截断或接通介质，也可用于流体的调节与控 制，与其它阀类相比，球阀是所有阀类中流体阻力最小的一种。 开关迅速、方
