1 問題的提出
在給(gei)水系(xi)統(tong)中經常(chang)會對(dui)水的(de)壓力、流量、液位等參數進行(xing)頻繁(fan)的(de)控制(zhi)。如果都使用(yong)外接能源,如氣源或電源的(de)話,將會消耗很大。例如:
1)從高壓(ya)(ya)區向低壓(ya)(ya)區給(gei)水的(de)市政供水系統中(zhong),需(xu)要保持下游的(de)壓(ya)(ya)力穩定(ding)。
2)從壓力較高的增壓泵流出后用于灌溉(gai)的灌溉(gai)系統中(zhong),需要使水源減壓。
3)從高壓端(duan)向恒定的(de)(de)(de)下游供水(shui)的(de)(de)(de)樓(lou)宇(yu)管(guan)網系統(tong)中(zhong),需要保護整個(ge)管(guan)路的(de)(de)(de)平穩運行,避免受到偶然出現的(de)(de)(de)壓力過大的(de)(de)(de)影(ying)響。
4)向水塔蓄水的(de)供(gong)水系統中,需要(yao)控制水位。
5)向蓄水區自(zi)動蓄水的(de)消防系統中,需要保證控制(zhi)區域液位正常。
2 水力控制閥的結構和基本原理
水力控制閥,是一系列多用途控制與安全類閥門的(de)總稱,見圖(tu)1。水(shui)力(li)控(kong)制閥僅依靠介質———水(shui)的(de)能量,即可實現對壓力(li)、流(liu)量、液位等(deng)的(de)控(kong)制。不(bu)但節約(yue)了大(da)量的(de)能源消耗,而且還也省(sheng)了人力(li)成本(ben)。
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圖1 水力控制閥(fa)外形(xing)圖
最早(zao),水(shui)力控制閥(fa)被運用(yong)在一些農業國家(jia)的(de)水(shui)利灌溉系統中,大量生產于以色列、荷蘭、丹麥等(deng)歐洲國家(jia),后(hou)來(lai)發展到美國、加拿大以及亞洲等(deng)地,并且得(de)到了更加廣泛的(de)應用(yong)。
簡單來說,水力控(kong)制(zhi)閥(fa)(fa)是由(you)主(zhu)閥(fa)(fa)和不同(tong)的(de)導(dao)閥(fa)(fa)系統(tong)所組成的(de)。通過裝配不同(tong)的(de)導(dao)閥(fa)(fa)系統(tong),水力控(kong)制(zhi)閥(fa)(fa)將可以具備不同(tong)的(de)使用功能(neng)。
2.1 主閥
主(zhu)(zhu)閥(fa)(fa)的(de)典(dian)型(xing)結構見圖2。圖2中的(de)主(zhu)(zhu)閥(fa)(fa)為(wei)隔(ge)膜雙(shuang)腔型(xing),是由閥(fa)(fa)體、閥(fa)(fa)芯(xin)、閥(fa)(fa)座、閥(fa)(fa)板、彈簧、閥(fa)(fa)桿、中間體、膜片、閥(fa)(fa)蓋等主(zhu)(zhu)要零部件組成。
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①閥體;②閥芯;③閥座;④閥板;⑤彈簧;
⑥閥桿(gan);⑦中間體;⑧隔膜;⑨閥蓋
圖2 主閥示意圖
2.2 導閥系統
導閥系統由導閥、導管、針閥、球閥、壓力表等(deng)零部件組成。通過不(bu)同的連接可以實現不(bu)同的控(kong)制功能。
2.3 基本原理
水(shui)力(li)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)閥(fa)雖然按照不(bu)同的使用功能有不(bu)同的分類,但其工作原理卻不(bu)盡相同。即以上、下游壓力(li)差為動力(li),由導閥(fa)系統控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi),使隔(ge)膜(或(huo)(huo)者活塞)液(ye)壓式差動操作,完(wan)全由水(shui)力(li)自動調節,從而控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)主(zhu)閥(fa)閥(fa)芯開啟或(huo)(huo)者關(guan)閉或(huo)(huo)者處于某一調節狀態(tai)。
3 水力控制閥的分類和工作原理
根據給水系統中不同的設計要求和使用要求,還可以演變出十幾種用途的閥門(目前國外此類閥門已派生出近百種用途)。經常用到的有先導式減壓閥、泄壓安全閥、遙控浮球閥等。
3.1 先導式減壓閥
先(xian)導式減壓(ya)(ya)閥(fa)可(ke)以將(jiang)閥(fa)前的(de)高壓(ya)(ya)流體降(jiang)低(di)至閥(fa)后的(de)低(di)壓(ya)(ya)流體,并維(wei)持閥(fa)后壓(ya)(ya)力的(de)穩定,保證下游設備的(de)安全運行(xing)。
如圖(tu)3所示,其(qi)工作原(yuan)理(li)(li)可以理(li)(li)解(jie)為(wei):
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圖3 先導式減壓閥(fa)原(yuan)理(li)示意圖
1)當流(liu)(liu)體從(cong)(cong)入口(kou)流(liu)(liu)入主閥(fa)內(nei)腔后,經(jing)過(guo)閥(fa)芯與閥(fa)座(zuo)所形成的環(huan)形間隙(xi),造成流(liu)(liu)體壓力下(xia)降,然(ran)后從(cong)(cong)出口(kou)流(liu)(liu)出,實(shi)現“減(jian)壓”功能。
2)當(dang)出口(kou)(kou)(kou)壓(ya)(ya)力小于穩(wen)定(ding)(ding)值(zhi)(zhi)(設定(ding)(ding)值(zhi)(zhi))時(shi):導閥膜(mo)片下腔的壓(ya)(ya)力降低(di),導閥閥桿(gan)下移(yi),開度增(zeng)大(da),進口(kou)(kou)(kou)壓(ya)(ya)力水從控制管進入(ru)導閥再到出口(kou)(kou)(kou)端,使主閥上腔壓(ya)(ya)力降低(di),主閥閥桿(gan)上移(yi),主閥閥板的開度隨(sui)之增(zeng)大(da),閥后壓(ya)(ya)力增(zeng)高,重回設定(ding)(ding)值(zhi)(zhi)。反之,當(dang)出口(kou)(kou)(kou)壓(ya)(ya)力大(da)于穩(wen)定(ding)(ding)值(zhi)(zhi)時(shi),動作相反,同(tong)樣重回設定(ding)(ding)值(zhi)(zhi)。實(shi)現“穩(wen)壓(ya)(ya)”。
3.2 泄壓安全閥
泄(xie)壓(ya)安全(quan)閥可以快速(su)泄(xie)壓(ya),保證管路內(nei)壓(ya)力在安全(quan)范(fan)圍內(nei),并維持(chi)閥前壓(ya)力的穩(wen)定,保證整個管路的安全(quan)平穩(wen)運行(xing)。
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圖4 泄壓(ya)安全(quan)閥(fa)原(yuan)理(li)示意圖
如(ru)圖4所(suo)示(shi),其工(gong)作(zuo)原理可以理解為:
1)當進口壓(ya)(ya)力(li)大(da)于(yu)安全值(zhi)(設定值(zhi))時:進口壓(ya)(ya)力(li)水從控(kong)制(zhi)(zhi)管(guan)(guan)路進入(ru)導閥(fa)(fa)膜片下(xia)腔,使(shi)其壓(ya)(ya)力(li)增高,推(tui)動導閥(fa)(fa)閥(fa)(fa)桿上(shang)(shang)移(yi),導閥(fa)(fa)閥(fa)(fa)板(ban)打開,主閥(fa)(fa)控(kong)制(zhi)(zhi)室上(shang)(shang)腔的水從導閥(fa)(fa)和控(kong)制(zhi)(zhi)管(guan)(guan)排泄(xie),在(zai)進口壓(ya)(ya)力(li)水的作(zuo)用下(xia),主閥(fa)(fa)閥(fa)(fa)板(ban)打開,閥(fa)(fa)前(qian)壓(ya)(ya)力(li)降(jiang)低,重回設定值(zhi)。實現“泄(xie)壓(ya)(ya)”。
2)當進口壓力小(xiao)于安(an)全值(設定值)時:導閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)膜片下腔(qiang)的(de)壓力降(jiang)低,導閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)桿下移,導閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)板關閉,從而導致主閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)控制室上腔(qiang)的(de)水(shui)壓增(zeng)高,在主閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)上腔(qiang)水(shui)壓作用(yong)下,主閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)板關閉,閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)前(qian)壓力上升。現在“穩(wen)壓”。
3.3 遙控浮球閥
遙控浮球(qiu)閥可以(yi)保持控制(zhi)區域(yu)的水位(wei)始(shi)終處在設(she)定范(fan)圍之內。
如圖5所示,其(qi)工(gong)作原(yuan)理(li)可以(yi)理(li)解為(wei):當導(dao)閥(fa)(fa)開啟時,主閥(fa)(fa)上(shang)(shang)(shang)腔(qiang)壓(ya)(ya)力降低(di),主閥(fa)(fa)閥(fa)(fa)桿上(shang)(shang)(shang)移,主閥(fa)(fa)開啟,上(shang)(shang)(shang)游往(wang)下游注水;當導(dao)閥(fa)(fa)關閉(bi)(bi)時,主閥(fa)(fa)上(shang)(shang)(shang)腔(qiang)壓(ya)(ya)力增加(jia),主閥(fa)(fa)閥(fa)(fa)桿下移,主閥(fa)(fa)關閉(bi)(bi),上(shang)(shang)(shang)游停止往(wang)下游注水。實現“水位控(kong)制”。
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圖5 遙控浮球閥原理示意圖
4 水力控制閥的選型和維護
1)水力控制(zhi)閥的(de)選(xuan)(xuan)型(xing)(xing)主要為主閥的(de)選(xuan)(xuan)型(xing)(xing),包括樣式、口徑(jing)、壓(ya)力、材質等(deng)。常見的(de)水力控制(zhi)閥選(xuan)(xuan)型(xing)(xing)參數見表1。對(dui)于主要零部件材質的(de)選(xuan)(xuan)型(xing)(xing)見表2。
表1 選型參數表
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表(biao)2 常見零部(bu)件材質表(biao)
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2)水力控制(zhi)閥(fa)在(zai)(zai)應用(yong)中省了(le)大量人力,但仍需(xu)(xu)定期進行(xing)維(wei)護。水力控制(zhi)閥(fa)是無需(xu)(xu)另(ling)加機油潤滑的,其在(zai)(zai)工作中可利用(yong)介質本身(shen)進行(xing)潤滑。
如果在應用(yong)現場進行維(wei)護或者(zhe)發生故障時(shi),其(qi)拆卸需要:
1)將管路(lu)中閥(fa)(fa)前(qian)和閥(fa)(fa)后(hou)的2個(ge)切斷閥(fa)(fa)都(dou)關閉。
2)釋(shi)放(fang)主閥(fa)(fa)控制室上腔(qiang)的壓(ya)力(li),松開閥(fa)(fa)蓋上方的導管連接。
3)松開(kai)閥蓋(gai)與中(zhong)間(jian)體的螺(luo)栓(shuan),松開(kai)中(zhong)間(jian)體與閥體的螺(luo)栓(shuan)。
4)取出彈簧、膜(mo)片、閥(fa)板、閥(fa)芯、O型(xing)圈等零件(jian)進行檢查,看有無問題。其中膜(mo)片和O型(xing)圈為(wei)易損(sun)件(jian),需要(yao)重點檢查并定期更換。
5 結語
無(wu)論是(shi)先(xian)導式減壓(ya)閥、泄壓(ya)安全閥、遙控浮(fu)球閥,還是(shi)其它種類的(de)水力控制閥,僅依靠(kao)介(jie)質———水的(de)能量,即可以(yi)方便地對(dui)流體介(jie)質進行控制,產(chan)品在國內外的(de)樓宇管網、市政供水、消防用水、泵站、灌溉(gai)等積水系(xi)統中的(de)應用是(shi)非常普遍的(de),市場上也(ye)有很大的(de)需求(qiu)量。