水轮机进水阀及其操作系统.pdf

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，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，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、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 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、方便，只要阀杆转动90，球阀就完成了全开或全关动作，很容易实现快速启闭。而且密封性能好。2结构结构球阀基本结构如图6-7所示，主要由球形阀体和圆筒形球、密封圈、阀杆和操作机构等组成。6-7 球阀结构原理图1.4.4闸阀1概述概述闸阀用于控制和调节液体的流动。闸阀具有结构简单，价格低廉、维护方便、全开时水力损失最小等优点。闸阀的缺点是在动水关闭时操作力大，而且振动强烈，密封面易磨损和脱落，需经常更换。2结构结构闸阀由阀体、阀盖、阀杆、闸板和操作机构等部件组成，如图所示。英布鲁电站采用弹性座封闸阀。1.4.5蝶阀1概述概述蝶阀是用圆形蝶板作启闭件并随阀杆转动来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。阀门关闭时，活门的四周与圆筒形阀体接触，切断和封闭水流的通路；阀门开启时，水流绕活门两侧流过，如图所示。2结构结构蝶阀主要由圆筒形的阀体和可在其中绕轴转动的活门以及阀杆、密封装置及操作机构等组成，如图所示。1.4.6截止阀1概述概述截止阀是指关闭件（阀瓣）沿阀座中心线移动的阀门。这种类型的阀门非常适合作为切断或调节以及节流使用。2结构结构截止阀主要由阀体、阀盖、阀杆、阀瓣、阀杆螺母和手轮等组成，基本结构如图所示。