水轮机用复合密封结构球阀

　　介绍了水轮机进水球阀的主要零部件性能、工作原理和新型复合密封副的结构特点及特性。

1、概述

　　水轮机是水力发电过程中的原动力。为了保证水轮机安全和可靠的运行，水轮机的入水口处均装设有进水阀门。阀门上游与压力钢管连接，下游与水轮机进水蜗壳连接。一方面在水轮机及发电机组检修时通过该阀切断压力钢管内的水流，保证检修的安全，另一方面在水轮机及发电机出现异常时可有效切断水流，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为这样可以有效防止事故的发生。

2、技术参数

　　公称直径500 mm

　　公称压力10. 0 MPa

　　壳体强度试验压力15. 0 MPa

　　密封试验压力11. 0 MPa

　　密封型式复合密封( 金属密封+ 软密封)

　　操作型式电动

3、结构性能

　　水轮机进水球阀( 图1) 主要由主阀、驱动装置、旁通管路、上游凑合节、下游伸缩节、锁定装置、支撑装置及配套装置等组成。

　　主阀部分包括阀体、球体、阀杆及阀座等，操作采用电动装置，旁通管路包括旁通阀、检修阀、钢管和弯头等。旁通管路阀门开启后，平衡上下游压差，避免在全压差下启闭主阀出现水锤现象，以及有效地降低主阀的操作转矩。上游凑合节用于阀门与上游端压力钢管进行连接，连接方式通常为焊接。下游伸缩节包括伸缩节插管与活套法兰两部分，用于阀门与下游水轮机进水蜗壳连接，连接方式为法兰连接。通过伸缩节的方式，一方面可方便对阀门进行检修维护，另一方面可适应由于温度、压力的变化造成的管道轴向膨胀或收缩。锁定部分主要包括上

　　游检修密封锁定及接力器锁定，主要用于防止由于误操作带来的阀门误动作，保证系统的安全性及可靠性。支撑部分包括主阀底座或接力器底座( 带接力器时) 。底座通过地脚螺栓安装于混凝土支墩上，用于支撑阀门的重量。配套部分包括PLC 控制柜和液压站，用来控制阀门的驱动部分，为驱动装置提供动力源，并使阀门按照预先设定的程序进行动作。

图1 球阀

4、复合密封副

　　球阀采用金属- 复合密封( 金属密封+ 软密封) 的密封副，即球体采用金属密封面，阀座采用丁腈橡胶或氟橡胶嵌入阀座支承圈中，同时在阀座支承圈密封面接触处堆焊硬质合金，组成复合密封，与球体接触达到密封的效果( 图2) 。球阀的初始密封比压靠阀座支承圈后部的弹簧建立。

图2 复合密封阀座

　　由于多数水电站的水质泥沙含量较高，如果进水球阀采用软密封结构，密封面的磨损较大，减少进水球阀的使用寿命。如果进水球阀采用金属密封结构，其密封效果达不到要求。采用复合密封副既能减少密封面磨损，延长阀门使用寿命，又能达到良好效果。当含泥沙的介质把软阀座冲刷损坏后，堆焊了硬质合金的密封面同时会继续与球体密封面接触，起到紧急密封作用( 图3) 。

　　在出口端，球阀在正常工作状态下，手动检修球阀处于常开位置，电动旁通球阀处于常关位置，水通过伸缩节的旁通管路进入球阀中腔，因此球阀的中腔始终充满压力水，并且通过阀体和阀座支承圈之间所设置的沟槽进入阀体和阀座支承圈和弹簧座之间。由压力水形成的压力将阀座支承圈和阀座一起推向球体，使阀座压紧在球体上从而达到密封。

图3 支承圈密封面与球体接触

　　在进口端，由于球阀在正常工作状态下，同样球阀的中腔始终充满压力水。因此，进口端密封副两侧的压力是平衡的，阀座和球体之间的密封比压仅仅是弹簧施加的预紧力，这个力一般很小。当需要检修出口端的密封副时，首先关闭球阀，此时球阀中腔已无压力，通过设在中体底部的排污阀泄掉中腔积水。压力钢管中的压力水作用在进口端，将阀座支承圈和阀座一起推向球体，使阀座压紧在球体上从而达到密封。

5、结语

　　在水电站中采用复合密封结构的球阀可以实现完全密封，同时也延长了球阀的使用寿命。