多功能控制阀

黄 靖 刘 永
(株州南方阀门制造有限公司)

　　为使离心水泵轻载启动，通常要求先关闭泵的出口阀门，在启动水泵机组以后再逐渐打开出口阀门；为了防止停泵后管道系统中介质倒流，还必须在泵的出口安装止回阀；由于止回阀的瞬时关闭常产生危及泵系统的水锤事故，所以还应当设置有效的水锤消除装置。本文介绍一种能全过程自动操作的新型水力阀门，一阀可替代电动(手动)闸阀、止回阀和水锤消除器。它是利用阀门前后的水压差，自动实现开泵时的缓开，停泵时的缓闭，既无需消耗任何人力和动力，又能有效防止水锤压力波的升高，运转平稳，结构简单。由于它集多种功能于一身，故称为“多功能控制阀”。

1 结构和工作原理

　　多功能控制阀的结构见图1：主阀板6上设有泄流孔，当它压在阀座5上时，水流并未完全截止，只有阀杆组件9压紧在主阀板上时，通道才完全堵塞。阀杆的上下滑动受压板及膜片10控制，压板及膜片的上下两侧分别与阀门进口端和出口端的两个连接管相通，若膜片下侧的水压大于上侧，膜片被上托，阀杆向上滑动，反之，阀杆就向下滑动。实现水力自动启闭阀门的关键就在这两条连接管上。
　　若水泵系统为无底阀引水，在水泵启动前，阀门出口处的背压压力作用在主阀板上，同时膜片控制器的上腔与高压水连通，下腔则与阀门进口端的低压水相通，所以，膜片和压板使阀杆组件压紧在主阀板上，而主阀板又压紧在阀座上。
　　水泵一旦启动，由于泵轮出水的高扬程，高压水通过阀门进口端的连接管缓缓通过止回阀4阀板上的小孔，注入膜片控制器的下腔，使阀杆组件得到提升，水流得以通过主阀板的泄流孔推进，而主阀板也同时在高压水的推动下向上打开，这样一个开阀过程，既是自动的，又是平稳渐进的。
　　水泵停机后，阀门进水端的流速及压力降低。当降低到一定程度时，主阀板在自重和弹簧助力的作用下迅速关闭，但由于主阀板上设有泄流孔，所以不会产生明显的水锤冲击力。在主阀板关闭以后，阀门进水端已经失压，阀门出水端的压力水将沿连接管进入膜片控制器的上腔，由于连接管直径较小，需要有一个时间过程向上腔充水，才能将膜片控制器和阀杆组件完全压下。主阀板的关闭阶段和阀杆组件的下滑阶段相当于一般缓闭阀的快关和慢关两个阶段，所以能相当有效地削减水锤压力波动。
　　若水泵系统为有底阀引水，水泵启动时，连接着吸水管道的膜片控制器的上腔呈负压，阀杆上移，渐渐打开主阀板上的泄流孔，同时主阀板被进水打开；水泵停机时，阀门进水口流速降低到一定程度后，主阀板靠自重及弹簧力关闭，通过泄流孔回流的水可将底阀关闭，并使膜片控制器的上腔消除负压吸托状态而使阀杆下压，实现缓慢的断流。

2 几个问题

2.1 连接管的部件设计
　　连接管上设有调节和控制阀，以调节进入或泄出膜片控制器上、下腔中水流的速度。连接管上设有过滤器，以保证膜片控制器上、下腔中水的清洁度。连接管上微止回阀的作用是保证阀门开启的时间大于电机启动的时间，使电机能轻载启动，同时避免因开阀速度过快导致开泵水锤。
2.2 阀门的阻力特性?
　　为了减少阻力，设计减轻了重量的主阀板，采用了流线型宽敞的阀座设计和较轻的弹簧设计，经过测试，局部阻力系数在4～5之间，比同规格管道的旋启式止回阀阻力系数值5.5小。
2.3 膜片设计
　　膜片的质量是直接影响阀门使用效果和使用寿命的关键部件，经过多种筛选，选用了聚氯丁橡胶为原材料，中间用尼龙纤维网进行加强，寿命2万次，以每天动作10次计算，可使用5年半。
2.4 维修
　　采用宽型阀盖，可将阀内部件全部取出，只需钳工就能胜任。

3 结语

　　这种新型阀门已在上海、天津、广东、湖南、江西、陕西、内蒙古铁路和市政部门使用，效果良好，湖南省科委组织了专家鉴定会。专家组对株洲河西加压泵站进行了现场测试，系统参数为：水泵型号150S-50，额定转速为2 900 r/min，电机37 kW，系统扬程42 m，流量210 m³/h，测试状况为：
　　① 失电停泵后，阀门在1 s以后开始关闭，20 s关闭完，阀门出口压力先降至0.2 MPa，后回升到最高值0.48 MPa，水泵最高反转速在15 s时发生，为850 r/min，水锤波辐小，失电停泵水泵逆转数不大，为额定转数的1/3；
　　② 启泵后，阀门在3 min时达到最大开度；
　　③ 运转时，当流量为210 m³/h时，阀前阻力损失为0.42 MPa，阀后为0.41 MPa。
　　专家鉴定报告认为：该项研究成果已达国内领先水平，在阀门的结构和控制方式上填补了国内空白，有良好的推广应用前景。

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　　作者通讯处：412000 湖南省株洲市新华西路24号(518信箱)
　　(收稿日期 1998-11-25)