水力控制閥在給水系統(tǒng)中的應(yīng)用

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01 問題的提出

在給水系統(tǒng)中經(jīng)常會對水的壓力、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)整個管路的平穩(wěn)運行，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)自動蓄水的消防系統(tǒng)中，需要保證控制區(qū)域液位正常。

02 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，即可實現(xiàn)對壓力、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。

最早，水力控制閥被運用在一些農(nóng)業(yè)國家的水利灌溉系統(tǒng)中，大量生產(chǎn)于以色列、荷蘭、丹麥等歐洲國家，后來發(fā)展到美國、加拿大以及亞洲等地，并且得到了更加廣泛的應(yīng)用。

簡單來說，水力控制閥是由主閥和不同的導(dǎo)閥系統(tǒng)所組成的。通過裝配不同的導(dǎo)閥系統(tǒng)，水力控制閥將可以具備不同的使用功能。

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。

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、下游壓力差為動力，由導(dǎo)閥系統(tǒng)控制，使隔膜( 或者活塞) 液壓式差動操作，完全由水力自動調(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)。

03 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) 。

水力控制閥按用途可分為如下類型。

1) 水位控制閥。主要控制水池、水塔中的水位。

2) 減壓閥。將較高進(jìn)口壓力減小到某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)自身的能量，使出口壓力自動保持穩(wěn)定的閥門。

3) 水用安全閥（泄壓/持壓閥）。當(dāng)給水管路系統(tǒng)中的壓力超過設(shè)定壓力時，閥門自動開啟泄壓，保護(hù)管線安全。

4) 止回閥。安裝在給水系統(tǒng)的水泵出口，防止介質(zhì)倒流，并消除水擊。

5) 電動開關(guān)閥。以電磁閥作為先導(dǎo)閥，根據(jù)電信號，遙控開啟和關(guān)閉給水管路系統(tǒng)，可取代用來開啟和關(guān)閉的閘閥和蝶閥的大型電動裝置，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

6) 流量控制閥。將過大的流量限制在一個預(yù)定值，并將上游的高壓減為所需要的下游低壓。

7) 壓差旁通平衡閥。用于空調(diào)系統(tǒng)供水管、回水管或集水器、分水器之間，控制供水管、回水管或集水器、分水器之間的壓差為設(shè)定值。

8) 緊急關(guān)閉閥。用于消防用水與生活用水并聯(lián)的供水系統(tǒng)中，自動調(diào)配供水方向。

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)備的安全運行。

如圖3 所示，其工作原理可以理解為:

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，實現(xiàn)“減壓”功能。

2) 當(dāng)出口壓力小于穩(wěn)定值( 設(shè)定值) 時: 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，動作相反，同樣重回設(shè)定值。實現(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，保證整個管路的安全平穩(wěn)運行。

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：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。實現(xiàn)“泄壓”。

2) 當(dāng)進(jìn)口壓力小于安全值( 設(shè)定值) 時：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，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，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。實現(xiàn)“水位控制”。

04 水力控制閥的選型和維護(hù)

1) 水力控制閥的選型主要為主閥的選型，包括樣式、口徑、壓力、材質(zhì)等。常見的水力控制閥選型參數(shù)見表：

2) 水力控制閥在應(yīng)用中省了大量人力，但仍需定期進(jìn)行維護(hù)。水力控制閥是無需另加機油潤滑的，其在工作中可利用介質(zhì)本身進(jìn)行潤滑。如果在應(yīng)用現(xiàn)場進(jìn)行維護(hù)或者發(fā)生故障時，其拆卸需要：

① 將管路中閥前和閥后的2 個切斷閥都關(guān)閉。

② 釋放主閥控制室上腔的壓力，松開閥蓋上方的導(dǎo)管連接。

③ 松開閥蓋與中間體的螺栓，松開中間體與閥體的螺栓。

④ 取出彈簧、膜片、閥板、閥芯、O 型圈等零件進(jìn)行檢查，看有無問題。其中膜片和O 型圈為易損件，需要重點檢查并定期更換。

05 結(jié)語

無論是先導(dǎo)式減壓閥、泄壓安全閥、遙控浮球閥，還是其它種類的水力控制閥，僅依靠介質(zhì)—水的能量，即可以方便地對流體介質(zhì)進(jìn)行控制，產(chǎn)品在國內(nèi)外的樓宇管網(wǎng)、市政供水、消防用水、泵站、灌溉等積水系統(tǒng)中的應(yīng)用是非常普遍的，市場上也有很大的需求量。

壓力 水力 設(shè)定值

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