由于水電站的類型多種多樣，條件、要求各不相同，因而產(chǎn)生了多種類型的進水閥。比較廣泛采用的類型有：蝶閥、球閥、閘閥和圓筒閥。

24.4.1 蝶閥

蝶閥與其他類型進水閥比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、外形尺寸小、重量輕、造價低、操作方便等優(yōu)點，缺點是活門剛性差，撓度大，密封不當，漏水量大，活門在水流中造成一定的水力損失，特別在高水頭時，活門厚度大，影響更甚。它的密封性能也不如其他類型 的進水閥，當密封環(huán)在啟閉過程中被擦傷或磨損時， 漏水量將更大。

一般情況下，蝶閥主要適用于低水頭、大直徑的水電站，蝶閥的zui高使用水頭不宜超過240m;更高水頭時，應(yīng)與球閥和圓筒閥做選型比較。目前世界上已投運的蝶閥，zui大公稱直徑為10m，zui高工作水頭為640m。

蝶閥?%8 般安裝在水輪機蝸殼前端，其過流凈面積 一般大于或等于蝸殼進口截面面積，一般取與鋼管直徑相同或小于壓力鋼管大于蝸殼進口直徑。

蝶閥的直徑（mm）按大中型水輪機進水閥門系列推薦標準為 1000、1250、1500、1750、2000、 2250、 2500、 2800、 3400、 4000、 4600、 5300、 6000 及新增6500、7000、8000、9000、10000。

（1）蝶閥的結(jié)構(gòu)組成

蝶閥本體結(jié)構(gòu)部分由閥體、活門、軸承、密封、 轉(zhuǎn)臂、配重塊、接力器、基礎(chǔ)部件等組成。圓筒形的閥體內(nèi)安裝可繞軸轉(zhuǎn)動的活門，全關(guān)時活門四周與閥體接觸，切斷水流通路；全開時活門與水流方向平行，水從活門兩側(cè)繞過（圖24-2）。

（2）蝶閥的類型

①蝶閥根據(jù)活門的結(jié)構(gòu)可分為菱形、鐵餅形、 平斜形、雙平板形。通流式雙平板蝶閥起源于20世紀60年代初，由于具有水力性能好、設(shè)計制造成本低、工作安全可靠等優(yōu)點而逐漸取代其他類型的蝶閥，在大中型蝶閥中占據(jù)著主導(dǎo)地位，并在水電站得到了廣泛應(yīng)用。圖24-3所示的PDF152-WY-420型蝶閥是臥軸雙平板蝶閥的典型結(jié)構(gòu)。

②蝶閥按閥軸的布置方式可分為立軸（立式） 和臥軸（臥式）兩種，如圖24-4和圖24-5所示。根據(jù)國內(nèi)實際運行經(jīng)驗，兩種類型各有優(yōu)勢，在水力性能上沒有明顯差別，因此都得到廣泛的應(yīng)用。各制造廠往往根據(jù)自己的經(jīng)驗以及用戶的需要設(shè)計和生產(chǎn)不 同類型的蝶閥。這兩種類型的蝶閥水力性能沒有明顯差別，均得到廣泛采用。其各自特點如下：

a立軸蝶閥的操作機構(gòu)位于閥的頂部，有利于防潮和運行人員維護檢修，但需要有一個剛度很大的支座固定在閥體上，下端軸承端部需安裝推力軸承，以支承活門的重量，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。臥軸蝶閥的操作機構(gòu)可布置在閥體的一側(cè)或兩側(cè)，利用混凝土地基作基礎(chǔ)，不需要支持閥門重量的推力軸承，因此，結(jié)構(gòu)比較簡單。

b.立軸蝶閥閥體的組合面大多在水平位置上， 在電站安裝中可以就地逐件裝拆；臥軸蝶閥閥體的組合面大多在垂直位置，在電站安裝中往往要在安裝間裝配好后，整體吊到安裝位置，因此使電站的安裝與檢修較為復(fù)雜。

c.由于操作機構(gòu)位置不同，立軸蝶閥比臥軸蝶閥布置緊湊，占用廠房面積小。

d.立軸蝶閥的下部軸承容易沉積泥沙，且很難防止，要定期清洗，否則下部軸承容易磨損，甚至引起活門下沉，影響封水性能。臥軸蝶閥無此問題。

e.臣卜式蝶閥的軸兩側(cè)由于上下高度不同的水壓差產(chǎn)生凈水力矩差，利用凈水力矩差，可使接力器的操作容量減小一些，尤其是采用偏心蝶閥，效果更顯著。

由于立軸蝶閥下部軸承沉積泥沙，磨損很難防止，因此，在一般情況下，特別是多泥沙河道，宜優(yōu)先選用臥式蝶閥。

（3）蝶閥的主要部件

①閥體是蝶閥的重要部件，由于其本身要承擔內(nèi)水壓力，并支撐蝶閥的全部部件，承受操作力和力矩，因此應(yīng)有足夠的強度和剛度。

閥體應(yīng)設(shè)計成整體結(jié)構(gòu)，這樣閥體的剛度較好， 取消了分瓣面密封，對活門主密封也大有好處，口徑較小、工作水頭不高的蝶閥閥體，可釆用鑄鐵鑄造。 大中型閥體多采用鑄鋼或鋼板焊接結(jié)構(gòu)。直徑較大的大型蝶閥體由于尺寸很大，鑄鋼工藝和質(zhì)量難以保 證，以采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)為宜。

閥體分瓣與否取決于運輸、制造和安裝條件。當活門與閥軸為整體結(jié)構(gòu)或不宜拆卸時可采用兩瓣組合。直徑4m以上的閥體，受運輸條件的限制，也需做成兩瓣或四瓣組合。分瓣面布置在與閥軸垂直的平面上或偏離一個角度。

閥體的寬度要根據(jù)閥軸軸承的大小、閥體的剛度和強度、組合面螺栓分布位置等因素綜合考慮決定。

閥體下部的地腳螺栓，承受閥體的全部重量、閥內(nèi)水重量及活門操作時傳來的反力和力矩。在地腳螺栓和螺栓孔的配合處，應(yīng)按水流方向留有30?50mm的間隙，以便伸縮節(jié)配合進行閥門的安裝和拆卸。

②活門在全關(guān)位置時承受全部水壓力，在全開位置時，處在水流中心，因此，活門除應(yīng)具有良好的強度、剛度外，還要求有良好的水力性能，以減少全開時的水力損失。偏心結(jié)構(gòu)的活門具有水力自關(guān)閉特性，活門可以在機組緊急狀態(tài)下，實現(xiàn)動水自關(guān)閉，保證機組安全。筋板與蓋板的迎水面與出水面采用翼形設(shè)計，使活門獲得良好的流態(tài)，避免活門在紊流中抖動，并保證全開時流阻系數(shù)不大于0.15?；?門軸插人活門孔后打銷的連接方式，使銷子傳遞轉(zhuǎn)矩?；铋T軸一般采用鍛鋼，活門一般采用鋼板焊接。 活門用鑄鐵或鑄鋼制造，常用空心框架結(jié)構(gòu)。為保證強度、剛度，活門的厚度隨應(yīng)用水頭的提高而增大。

如圖24-6所示為常見的幾種活門形狀。

圖24-6 （a）所示為菱形，結(jié)構(gòu)簡單、水力系數(shù)zui小，但強度較弱，僅適用于工作水頭較低的電站。

圖24-6 （b）所示為圓弧或拋物線圓滑過渡的鐵餅形結(jié)構(gòu)，水力阻力系數(shù)較菱形和平斜形大，但強度較大，適用于高水頭電站。

圖24-6 （c）所示為平斜形活門。中間部分為矩形，兩側(cè)為三角形，適用于直徑大于4m的分瓣組合蝶閥，水力阻力系數(shù)介于菱形和鐵餅形之間。

圖24-6 （d）所示為雙平板形活門。封水面與轉(zhuǎn)軸不在同一平面上，密封設(shè)在上游平板的外緣?；铋T兩側(cè)各有一塊圓形面板，兩塊面板互相平行，用若干順水流方向的筋板連接成整體。全開時兩平板之間也可通過水流，水力系數(shù)小，全關(guān)時由于活門呈桁架式結(jié)構(gòu)，可承受較大的靜水壓力，而且密封性能好。但不易做成分瓣組合式結(jié)構(gòu)，并受加工、運輸條件的限制，一般用直徑小于4m的蝶閥。

活門在閥體內(nèi)繞閥軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸大多與活門直徑重合。臥軸蝶閥也有采用偏心結(jié)構(gòu)的，使轉(zhuǎn)軸上、下的活門表面積相差8%?10%，活門一旦離開全開位置就會受到促使它關(guān)閉的動水力矩作用，這有利于在動水中迅速關(guān)閉。

③軸承用來支承閥軸。軸承一般采用自潤滑軸承，自潤滑軸承大體分為鑲嵌式、燒結(jié)式、高分子纖維式三類。軸承也有用鑄造錫青銅制作軸瓦，軸瓦壓裝在鋼套上，鋼套用螺栓固定在閥體上，以便檢修軸瓦。

臥軸蝶閥有左、右兩個導(dǎo)軸承，立軸蝶閥除上、 下導(dǎo)軸承外，還有支承活門重量的推力軸承。

④蝶閥的密封分為活門主密封和閥軸密封兩部分?；铋T主密封有整圈實心橡膠密封結(jié)構(gòu)及充氣式橡膠密封圈結(jié)構(gòu)兩種。

a.活門主密封采用整圈實心橡膠密封結(jié)構(gòu)[圖 24-7 （a）]，其密封預(yù)緊量可以通過壓板進行微調(diào)， 可在不拆卸閥體的情況下檢修或更換密封圈。在全關(guān)位置受水壓力的作用，橡膠密封圈緊緊壓在密封座上，封住上游壓力水。

b.活門主密封采用充氣式橡膠密封圈結(jié)構(gòu)[圖 24-7 （b）],實質(zhì)為一種柔性密封結(jié)構(gòu)，和氣力除灰系統(tǒng)用圓頂閥的密封及工作原理一樣，活門關(guān)閉后向橡膠密封圈充人壓縮空氣，使橡膠密封圈膨脹緊緊壓在密封座上，消除漏水間隙。橡膠密封圈充氣壓力應(yīng) 比靜水壓力高0. 1?0. 3MPa。

過去活門主密封采用充氣式橡膠密封結(jié)構(gòu)，雙平板型活門大多布置在閥門上游側(cè)，鐵餅型活門大多布置在閥門中部，現(xiàn)在雙平板型活門大多布置在閥門下游側(cè)，靠活門承壓后的撓度變形來達到擠緊密封。

由于蝶閥水頭較低，一般閥軸密封采用0形橡膠圈密封，近些年隨著密封技術(shù)的提高，多采用U形或V形組合密封填料，以增加密封的壽命。閥軸與軸承和軸頭密封接觸表面做硬化處理，增加閥軸的抗磨蝕能力，與活門的連接采用切向圓柱銷，軸瓦采用的是自潤滑軸承。閥軸與轉(zhuǎn)臂之間采用銷套式連接方式。閥軸軸頭處設(shè)有鋼套，鋼套外側(cè)設(shè)兩道密封， 內(nèi)側(cè)設(shè)兩道密封，一道接近閥體內(nèi)圓，另一道在閥體外側(cè)，防止泥沙進入軸瓦，既可保證鋼套拆卸方便， 又可保證活門轉(zhuǎn)動靈活，封水可靠。

⑤鎖定裝置為防止誤操作系統(tǒng)失控時活門被水流沖擊而發(fā)生自動作，蝶閥配有鎖定裝置。在活門全關(guān)或全幵位置時應(yīng)投人鎖定，保持活門位置。

⑥蝶閥接力器分環(huán)形接力器和搖擺直缸接力器兩種。早期采用環(huán)形接力器，由于環(huán)形接力器加工與裝拆維護難度大，現(xiàn)已基本不再采用。搖擺直缸接力器加工與裝拆維護方便，現(xiàn)在已經(jīng)基本取代了環(huán)形接力器。搖擺直缸接力器下部用鉸鏈與地基連接，工作時隨著轉(zhuǎn)臂擺動，重錘通過螺釘連接并緊固在轉(zhuǎn)臂上，為了適應(yīng)缸體的擺動，接力器的進出油管在接力器本體附近采用高壓軟管或?qū)ｉT的供油裝置。蝶閥的地腳承受蝶閥的全部重量和操作活門時傳來的力和力矩，而不考慮承受作用在活門上的軸向水推力，該水推力應(yīng)由上游連接鋼管傳到混凝土上。一般來說，大中型蝶閥采用雙接力器，接力器分別布置在閥軸兩端上，且在閥軸線的同側(cè)，這樣布置使蝶閥的閥軸和基礎(chǔ)受力均勻，總體結(jié)構(gòu)合理。小型蝶閥往往采用單個接力器。

⑦閥附屬結(jié)構(gòu)除本體外，蝶閥還設(shè)有上游連接管、下游連接管、伸縮節(jié)、液壓旁通閥、空氣閥和排水閥。上游連接管與上游壓力鋼管通過焊接相連； 下游連接管通過法蘭與水輪機蝸殼相連；伸縮節(jié)設(shè)于蝶閥的下游側(cè)，其作用是便于閥門的安裝和拆卸，同時補償由于溫度變化、地基下沉不均等原因造成的鋼管變形；旁通閥的作用是當活門開啟前，使活門上下游側(cè)的壓力達到平衡；空氣閥的作用是當鋼管充水時排氣，鋼管排水時進氣；排水閥通常用于鋼管的排水。

（4）操作方式、控制機構(gòu)組成部分及控制原理

在正常情況下，蝶閥通常是通過油壓操作接力器來動作，蝶閥操作的方式如下：

①開閥時，活門上下游側(cè)先通過旁通閥進行注水平壓，平壓后在靜水中實現(xiàn)開啟。

②蝶閥正常關(guān)閥情況是靜水關(guān)閥，即先停機，活門通過接力器的油壓和重錘在靜水中實現(xiàn)關(guān)閉，密封水流，如果此時蝶閥接力器失去油壓，可恢復(fù)壓力后操作關(guān)閉或通過重錘的力矩、活門的偏心力矩直接關(guān)閉。

③蝶閥非正常關(guān)閉情況是動水關(guān)閥，即當導(dǎo)水機構(gòu)失靈機組無法正常停機時，強迫啟動蝶閥切斷水流。

④在事故情況下，即導(dǎo)水機構(gòu)失靈機組無法正常停機，同時蝶閥接力器又恰好失去油壓，這時蝶閥可以通過重錘的力矩、活門的偏心力矩及動水力矩在動水中實現(xiàn)緊急關(guān)閉。

⑤蝶閥在動水關(guān)閥后應(yīng)做仔細全面檢查，在確認工作正常后方可重新使用。

蝶閥的控制機構(gòu)主要包括控制柜、自動化元件， 同時還設(shè)有一套提供給蝶閥和旁通閥的操作壓力油的油壓裝置?？刂乒癜C械液壓部件和電氣控制組件，分層裝設(shè)，控制柜一般采用PLC對蝶閥及其附

屬設(shè)備（鎖定及旁通閥）進行自動控制。自動化控制元件主要包括電磁配壓閥、四通滑閥、差壓變送器及限位開關(guān)等，一般除限位開關(guān)外的自動化控制元件都裝于控制柜中。

（5）蝶閥的開啟過程

①開啟條件是導(dǎo)葉全關(guān)，機組無停機信號，蝶閥無關(guān)閉信號，蝶閥鎖定已拔出。

②發(fā)出開啟蝶閥信號。

③通過動作電磁配壓閥開啟旁通閥進行平壓。

④平壓后差壓變送器發(fā)出信號。

⑤通過動作電磁配壓閥和四通滑閥開啟蝶閥。

⑥蝶閥開啟至全開位置，全開位置限位開關(guān)發(fā)出信號。

⑦通過動作電磁配壓閥關(guān)閉旁通閥。

⑧蝶閥開啟過程結(jié)束。

（6）蝶閥的關(guān)閉過程

①發(fā)出關(guān)閉蝶閥信號。

②通過動作電磁配壓閥和四通滑閥關(guān)閉蝶閥。

③蝶閥關(guān)閉至全關(guān)位置，全關(guān)位置限位開關(guān)發(fā)出信號。

④通過動作電磁配壓閥投入蝶閥液壓鎖定并發(fā)出投入信號（如果設(shè)有液壓鎖定裝置）。

⑤蝶閥關(guān)閉過程結(jié)束。