电动球阀工作原理

水电球阀的工作原理

水轮机进水球阀的主要组成部分及各部分的作用和结构设计特点,这些新结构的使用,使进水球阀的总体布局更加合理,性能更先进。阐述了水轮机进水球阀的工作原理、控制原理、运输保管和安装要求等事项。

1、概述

水轮机是水电站的重要机电设备之一。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球阀,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,防止事故的发生。由于水轮机运行的特殊要求,通用球阀在水电站的运行中不能满足工况系统的使用要求,导致机组无法运行的现象也时有发生。为了确保水轮机组能平稳、可靠和安全的运行,在消化吸收国外先进技术的基础上,采用全新的设计理念,研制开发出新型水轮机进水球阀。

2、主要构成部分及作用

水轮机进水球阀主要由主阀部分、驱动部分、旁通管路、上游凑合节、下游伸缩节、锁定部分、支撑部分及配套部分等组成。

(1)主阀部分(标配)

包括阀体、球体、阀杆及阀座(活塞止水环)等,该部分是整个阀门的核心,其作用是接通或切断水流。

(2)驱动部分(标配)

对于电动操作的水轮机进水球阀,其驱动部分为电动装置。对于液动操作水轮机进水球阀,其驱动部分为液压接力器与拐臂(对于摇摆缸)等,该部分的作用是驱动主阀进行启闭动作。

(3)旁通管路(推荐采用)

包括旁通阀、检修阀(仅用于旁通阀)、钢管和弯头等,该部分的作用是在阀门启闭前平衡上下游压差,避免在全压差下启闭阀门出现水锤现象以及有效地降低阀门的操作转矩。

(4)上游凑合节(对液动止水环式水轮机进水球阀为标配,对其余两类为选配)

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,并且会预留50～100mm的焊接配割余量。

浮动式球阀工作原理

一、浮动式球阀的定义与特点

浮动式球阀是一种常见的阀门类型，其特点是阀门内部装有一个球体，通过旋转球体来控制流体的通断。由于球体可以浮动在密封面上，因此它可以适应管道中的微小变形和振动，保证了流体的密封性和稳定性。

二、浮动式球阀的结构组成

浮动式球阀主要由以下几个部分组成：阀体、球体、密封圈、杆头、手柄等。其中，阀体是整个阀门的主要承载部件，通常采用铸造或锻造工艺制成。球体则是控制流体通断的核心部件，它通常采用不锈钢或铸铁等材料制作。密封圈则是保证流体密封性的关键部件，它通常采用聚四氟乙烯或橡胶等材料制作。杆头则是连接手柄和球体的部件，它通常采用不锈钢或碳钢等材料制作。

三、浮动式球阀的工作原理

当手柄旋转时，通过杆头将旋转运动传递给球体，在旋转的过程中，球体可以浮动在密封面上，从而适应管道中的微小变形和振动。当球体旋转到与阀座密封面对齐时，就可以实现流体的通断控制。此时，通过密封圈的作用，可以保证流体不会泄漏。

四、浮动式球阀的优点和应用范围

浮动式球阀具有以下几个优点：

1. 具有良好的密封性能，能够适应管道中的微小变形和振动。

2. 操作简单方便，轻松控制流体通断。

3. 耐腐蚀、耐高温、耐低温等特性较为突出。

4. 适用于各种介质（如水、油、气等）的管道系统。

因此，浮动式球阀广泛应用于石化、化工、冶金、电力等行业领域。在石油化工生产过程中，浮动式球阀被广泛应用于输送高温高压介质（如石油、天然气等）的管道系统中。在电力行业中，则常常使用浮动式球阀来控制水循环系统和蒸汽循环系统中的流体。

课前准备：多媒体课件制作、演示实验设备调试、以4人/小组进行分组。

一、课程导引——执行器的作用

在过程控制系统中，执行器接受调节器的指令信号，经执行机构将其转换成相应的角位移或直线位移，去操纵调节机构，改变被控对象进、出的能量或物料，以实现过程的自动控制。在任何自动控制系统中，执行器是必不可少的组成部分。如果把传感器比拟成控制系统的感觉器官，调节器就是控制系统的大脑，而执行器则可以比拟为干具体工作的手。

执行器常常工作在高温、高压、深冷、强腐蚀、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、高压差等状态下，使用条件恶劣，因此，它是整个控制系统的薄弱环节。如果执行器选择或使用不当，往往会给生产过程自动化带来困难。在许多场合下，会导致控制系统的控制质量下降、调节失灵，甚至因介质的易燃、易爆、有毒而造成严重的事故。为此，对于执行器的正确选用和安装、维修等各个环节，必须给予足够的注意。

执行器根据驱动动力的不同，可划分为气动执行器、液动执行器和电动执行器，本次课将结合实验装置所用的智能电动调节阀使用知识进行介绍。

二、产品知识——电动调节阀的结构与工作原理（20分钟）

1、电动调节阀的基本结构

在THJ-2的实验装置上，配置了上海万迅仪表有限公司生产的智能型电动调节阀，其型号为QSVP-16K，图1是电动调节阀的典型外形，它由两个可拆分的执行机构和调节阀（调节机构）部分组成。上部是执行机构，接受调节器输出的0～10mADC或4～20mADC信号，并将其转换成相应的直线位移，推动下部的调节阀动作，直接调节流体的流量。各类电动调节阀的执行机构基本相同，但调节阀（调节机构）的结构因使用条件的不同类型很多，最常用的是直通单阀座和直通双阀座两种。

2、电动执行机构的基本结构（部分摘自上海万迅仪表产品说明书）

执行机构采用了德国进口的PSL电子式一体化的电动执行机构，该产品体积小、重量执 行

机 构调节阀图1 电动调节阀外形机构 轻，功能强、操作方便，已广泛应用于工业控制。

球阀结构说明和工作原理

(一)浮动球球阀

1、阀门开、关位置指示：

球、阀杆、手柄是一个装配单元，阀杆头部采用扁方结构，由手柄所处位置容易辨别出阀门是处于

开位置或关位置。当手柄或阀杆头部的扁方与管线平行时，阀门处于全开位置；当手柄或阀杆头部

的扁方与管线垂直时，阀门处于全关位置。

2、锁定装置：

为防止误操作阀门，在阀门的全开和全关位置可用挂锁锁定阀门，特别是安装在野外的阀门或

当工艺流程中不允许开或关阀门时，为防止其他人员错误操作阀门，将阀门位置锁定是很重要的。

3、杆防飞结构：

当介质通过阀门时，阀体中腔的压力可能将阀杆推出。为防止这种情况发生，在阀杆下部设置一防

飞出结构(图1)。这样，即使火灾时，填料、止推轴承被烧损或其它原因引起填料等损坏，阀体内

的介质压力将使阀杆法兰与阀体上密封面紧密接触，防止介质大量从损坏的填料部位处泄漏。

4、防静电装置及防火结构：

设计了防静电装置(图2)和防火结构(图3)。当发生火灾时，一旦阀座被烧损，球体将直接和阀体

上的金属面接触，从而阻止介质大量从烧损的阀座处泄漏。

5、独特阀座密封结构：

多年的球阀制造经验与国外先进技术的结合而设计的双线密封(图4)，可自然泄压阀座(图5)，能保

证高、低压及真空状态下的完全密封。

6、全通径或缩径：

阀门流量孔径与管线内径一致(客户要求时可为缩径)，以便管线清扫(图6)。

(二)固定球球阀

1、阻塞与排泄：

阀门处于关闭状态时(图7)，上下游侧的阀座使流体阻断，阀体中腔的积滞物可以排泄，

排泄装置(图8)具有如下功能：

①事前可检查阀座是否泄漏损伤；

②减少介质更换对阀门的污染；

③在工作压力下，阀门处于全开或全关状态时，可更换阀杆部填料函。

2、自动泄压：

阀门中腔停滞的介质由于温度升高，而出现异常升压时，阀座脱离球体自动泄压(图9)或阀体上安装的安全阀(图10)保证系统安全。

3、完全密封：

球阀独特的密封方式，使流体完全阻断。