1 問題的提出
在給水系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)對(duì)水的壓力、流量、液位等參數(shù)進(jìn)行頻繁的控制。如果都使用外接能源,如氣源或電源的話,將會(huì)消耗很大。例如:
1)從高壓區(qū)向低壓區(qū)給水的市政供水系統(tǒng)中,需要保持下游的壓力穩(wěn)定。
2)從壓力較高的增壓泵流出后用于灌溉的灌溉系統(tǒng)中,需要使水源減壓。
3)從高壓端向恒定的下游供水的樓宇管網(wǎng)系統(tǒng)中,需要保護(hù)整個(gè)管路的平穩(wěn)運(yùn)行,避免受到偶然出現(xiàn)的壓力過大的影響。
4)向水塔蓄水的供水系統(tǒng)中,需要控制水位。
5)向蓄水區(qū)自動(dòng)蓄水的消防系統(tǒng)中,需要保證控制區(qū)域液位正常。
2 水力控制閥的結(jié)構(gòu)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總稱,見圖1。水力控制閥僅依靠介質(zhì)—水的能量,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力、流量、液位等的控制。不但節(jié)約了大量的能源消耗,而且還也省了人力成本。
2.1 主閥
主閥的典型結(jié)構(gòu)見圖2。圖2中的主閥為隔膜雙腔型,是由閥體、閥芯、閥座、閥板、彈簧、閥桿、中間體、膜片、閥蓋等主要零部件組成。
①閥體;②閥芯;③閥座;④閥板;⑤彈簧;
⑥閥桿;⑦中間體;⑧隔膜;⑨閥蓋
圖2 主閥示意圖
2.2 導(dǎo)閥系統(tǒng)
導(dǎo)閥系統(tǒng)由導(dǎo)閥、導(dǎo)管、針閥、球閥、壓力表等零部件組成。通過不同的連接可以實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。
2.3 基本原理
水力控制閥雖然按照不同的使用功能有不同的分類,但其工作原理卻不盡相同。即以上、下游壓力差為動(dòng)力,由導(dǎo)閥系統(tǒng)控制,使隔膜(或者活塞)液壓式差動(dòng)操作,完全由水力自動(dòng)調(diào)節(jié),從而控制主閥閥芯開啟或者關(guān)閉或者處于某一調(diào)節(jié)狀態(tài)。
3 水力控制閥的分類和工作原理
根據(jù)給水系統(tǒng)中不同的設(shè)計(jì)要求和使用要求,還可以演變出十幾種用途的閥門(目前國(guó)外此類閥門已派生出近百種用途)。經(jīng)常用到的有先導(dǎo)式減壓閥、泄壓安全閥、遙控浮球閥等。
3.1 先導(dǎo)式減壓閥
先導(dǎo)式減壓閥可以將閥前的高壓流體降低至閥后的低壓流體,并維持閥后壓力的穩(wěn)定,保證下游設(shè)備的安全運(yùn)行。
如圖3所示,其工作原理可以理解為:
圖3 先導(dǎo)式減壓閥原理示意圖
1)當(dāng)流體從入口流入主閥內(nèi)腔后,經(jīng)過閥芯與閥座所形成的環(huán)形間隙,造成流體壓力下降,然后從出口流出,實(shí)現(xiàn)“減壓”功能。
2)當(dāng)出口壓力小于穩(wěn)定值(設(shè)定值)時(shí):導(dǎo)閥膜片下腔的壓力降低,導(dǎo)閥閥桿下移,開度增大,進(jìn)口壓力水從控制管進(jìn)入導(dǎo)閥再到出口端,使主閥上腔壓力降低,主閥閥桿上移,主閥閥板的開度隨之增大,閥后壓力增高,重回設(shè)定值。反之,當(dāng)出口壓力大于穩(wěn)定值時(shí),動(dòng)作相反,同樣重回設(shè)定值。實(shí)現(xiàn)“穩(wěn)壓”。
3.2 泄壓安全閥
泄壓安全閥可以快速泄壓,保證管路內(nèi)壓力在安全范圍內(nèi),并維持閥前壓力的穩(wěn)定,保證整個(gè)管路的安全平穩(wěn)運(yùn)行。
如圖4所示,其工作原理可以理解為:
1)當(dāng)進(jìn)口壓力大于安全值(設(shè)定值)時(shí):進(jìn)口壓力水從控制管路進(jìn)入導(dǎo)閥膜片下腔,使其壓力增高,推動(dòng)導(dǎo)閥閥桿上移,導(dǎo)閥閥板打開,主閥控制室上腔的水從導(dǎo)閥和控制管排泄,在進(jìn)口壓力水的作用下,主閥閥板打開,閥前壓力降低,重回設(shè)定值。實(shí)現(xiàn)“泄壓”。
2)當(dāng)進(jìn)口壓力小于安全值(設(shè)定值)時(shí):導(dǎo)閥膜片下腔的壓力降低,導(dǎo)閥閥桿下移,導(dǎo)閥閥板關(guān)閉,從而導(dǎo)致主閥控制室上腔的水壓增高,在主閥上腔水壓作用下,主閥閥板關(guān)閉,閥前壓力上升。現(xiàn)在“穩(wěn)壓”。
3.3 遙控浮球閥
遙控浮球閥可以保持控制區(qū)域的水位始終處在設(shè)定范圍之內(nèi)。
如圖5所示,其工作原理可以理解為:當(dāng)導(dǎo)閥開啟時(shí),主閥上腔壓力降低,主閥閥桿上移,主閥開啟,上游往下游注水;當(dāng)導(dǎo)閥關(guān)閉時(shí),主閥上腔壓力增加,主閥閥桿下移,主閥關(guān)閉,上游停止往下游注水。實(shí)現(xiàn)“水位控制”。