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提高液壓水位控制閥穩(wěn)定運(yùn)行性之我見(jiàn)

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摘要:本文從液壓水位控制閥的工作原理出發(fā),從液壓閥結(jié)構(gòu)、安裝、運(yùn)行環(huán)境等方面對(duì)影響液壓水位控制閥穩(wěn)定運(yùn)行的因素進(jìn)行分析,提出了提高液壓水位控制閥穩(wěn)定運(yùn)行的改進(jìn)方案。

  關(guān)鍵詞:液壓水位控制閥 工作原理 穩(wěn)定運(yùn)行 改進(jìn)方案

  1.引言

  液壓水位控制閥是一種改進(jìn)了的浮球閥,當(dāng)水池或水塔內(nèi)水位下降,浮球閥開(kāi)啟排水時(shí),進(jìn)水管內(nèi)有壓力水將閥內(nèi)活塞托起,密封面打開(kāi),閥門(mén)即開(kāi)啟供水,當(dāng)水位上升到控制面,浮球閥關(guān)閉,活塞下移將密封面封閉,閥門(mén)即停止供水,從而達(dá)到自動(dòng)控制水位的目的。因其不耗電能,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝施工方便,適用壓力廣等優(yōu)勢(shì),在各類清水水池(水箱)的水位自動(dòng)控制有著較為廣泛的應(yīng)用。但是由于水質(zhì)和水力因素等的影響,液壓水位控制閥往往失靈,輕則白白浪費(fèi)水資源,重則水淹泵房,造成嚴(yán)重后果。提高液壓水位控制閥的穩(wěn)定性,保證安全供水就顯得十分重要了。

  2.液壓水位控制閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及作用原理

  液壓水位控制閥一般由浮球閥,控制管,液壓閥主體組成。雖然液壓控制閥主體的外觀各異,材質(zhì)不同,有立式和臥式安裝形式等,但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和作用原理卻基本相同。液壓控制閥的主體由進(jìn)水腔、出水口、活塞式閥芯、泄壓腔、泄壓口等組成。

  設(shè)進(jìn)水的水壓為P0,泄壓腔的壓力為P1;活塞式閥芯的重力為G,活塞式閥芯泄壓腔端的直徑為D1,另一端的直徑為D2.連通進(jìn)水腔和泄壓腔的小孔直徑的d1,泄壓口的直徑為d2,活塞式閥芯與閥腔的摩擦力為f,受到的支持力為N.下面上的說(shuō)明(結(jié)構(gòu)二類似)為例,分析活塞式閥芯的受力情況如下:

  設(shè)活塞式閥芯受到的合力為F,則閥芯受力矢量式為:

  F=F1+F2+F3+F4+f+N+G……………………………………………………………………(1)

  表達(dá)為代數(shù)形式如下:

  F=P0D22π/4+ P2(D12π/4- D22π/4)- P1D12π/4±f-G±N

 ?。剑≒0D22 - P1D12)π/4±f-G+P2(D12- D22)π/4 ±N

 ?。紸±f-G±N+B……………………………………………………………………(2)

 ?。?)式中A=(P0D22 - P1D12)π/4,B=P2(D12- D22)π/4; f的符號(hào)與A的符號(hào)相反。

  當(dāng)水池或水塔內(nèi)水位下降,浮球閥開(kāi)啟排水時(shí),進(jìn)水腔通過(guò)小孔d1向泄壓腔補(bǔ)水,由于補(bǔ)水孔d1<泄壓孔d2,補(bǔ)水能力小于泄壓能力,泄壓腔的壓力P1降低,閥芯支持力N1逐漸減小到消失,進(jìn)水管內(nèi)有壓力水P0克服活塞式閥芯的重力和摩擦力將其托起,上式F>0,密封面逐漸打開(kāi),液壓閥門(mén)即開(kāi)啟向水池(或水塔)供水。當(dāng)水池水位上升到控制水面,浮球閥關(guān)閉,泄壓腔補(bǔ)水能力大于泄壓能力,N2逐漸減小, P1上升(最大至P0),上式F<0,活塞下移將密封面封閉,閥門(mén)即停止供水。液壓控制閥在浮球的控制下,從而可以自動(dòng)控制水位。

  3.影響液壓水位控制閥穩(wěn)定運(yùn)行的因素

  3.1液壓水位控制閥的安裝

  3.2泄壓腔壓力變化

  液壓控制閥安裝投入使用時(shí),(2)式中D1、D2、d1、d2G為已知常數(shù),影響活塞式閥芯運(yùn)動(dòng)的力就只有水的壓力P0、P1的作用及活塞受到的摩擦力f.一般情況下:D1≥D2, d1≤d2,出水口的壓力變化范圍為0≤P2<P0,泄水腔壓力0<C1(常數(shù)) ≤P1≤C2~P0.通過(guò)受力分析可以看出,液壓閥安全可靠的運(yùn)行要求泄壓腔壓力要有適當(dāng)?shù)淖兓?,?dāng)泄壓腔壓力達(dá)到最小時(shí),閥芯能夠上升到最大開(kāi)啟度位置;如果液壓控制閥的活塞式閥芯堅(jiān)固,能始終保持泄壓腔的密閉并能進(jìn)水腔口緊密結(jié)合,當(dāng)浮球閥關(guān)閉,泄壓腔內(nèi)壓力始終能上升到C2(C2約等于P0,且與液壓閥結(jié)構(gòu)和安裝方式無(wú)關(guān)),活塞式閥芯能在水壓力P1和自身的重力G作用下,克服摩擦力f下降并關(guān)閉液壓閥??梢?jiàn)泄壓腔的最小壓力C1是決定液壓閥是否能穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素,泄壓腔內(nèi)壓力變化的快慢決定液壓閥靈敏性的高低。定義泄壓腔內(nèi)的最小壓強(qiáng)C1為液壓控制閥穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)。當(dāng)液壓控制閥開(kāi)啟度最大,即浮球閥穩(wěn)定放水時(shí),此時(shí)泄壓腔內(nèi)壓力P1=C1.此時(shí)通過(guò)補(bǔ)水小孔,泄水腔、浮球閥出口斷面的流量相等;連接進(jìn)水腔和泄壓腔的通道進(jìn)口、泄壓腔內(nèi)和浮球閥出水口(控制管路)等斷面用伯諾里方程可以得到C1的影響因素,有各下列各式成立:

  ων=ων=ων

  d12ν=D12ν泄=d2ν…………………………………………………………………………(3)

  Z進(jìn)+P0/γ +α1ν2/2g =Z+P1/γ +α2ν2/2g+h損1=Z+P/γ+α3ν2/2g+h2………(4)

  整理上式,推導(dǎo)得:

  P1=C1=γ〔(Z-Z)+P/γ+(α3ν2-α2ν2)/2g+(h損2-h(huán)損1)〕

 ?。?gamma;〔(Z進(jìn)-Z)+P0/γ+(α1ν2-α2ν2)/2g-h(huán)損3〕……………………………(5)

  ω及下標(biāo):表示水流對(duì)應(yīng)斷面的面積

  ν及下標(biāo):表示水流對(duì)應(yīng)斷面的液體流速

  Z及下標(biāo):表示水流對(duì)應(yīng)斷面的幾何高程

  P及下標(biāo):表示水流壓力

  γ:液體比重

  α及下標(biāo):對(duì)應(yīng)動(dòng)能修整系數(shù)

  h及下標(biāo):沿程及局部水頭損失之和

  g:重力加速度

  3.3影響液壓控制閥穩(wěn)定運(yùn)行的因素

  3.3.1液壓閥自身結(jié)構(gòu)

  液壓閥要可靠運(yùn)行,要求活塞式閥芯堅(jiān)固,升降靈活,能始終保持泄壓腔的密閉并能根據(jù)需要密閉進(jìn)水腔;泄壓腔與進(jìn)水腔通道小孔暢通。依據(jù)水力學(xué)知識(shí),從(5)式可以看出,連接泄壓腔的小孔通道d1越小,水頭損失h損3越大,則C1值降低??梢?jiàn)適當(dāng)減小小孔通道直徑d1有助于降低C1值,浮球閥開(kāi)啟時(shí),閥芯能迅速上升,打開(kāi)液壓閥。浮球閥關(guān)閉時(shí),由于補(bǔ)水能力減弱,泄壓腔壓力上升減慢,能夠減小閥芯下降速度,可以減?。ê捅苊猓┮簤洪y的關(guān)閥水錘,從而提高液壓閥的性能。但是,小孔通道直徑d1過(guò)小,容易造成孔道堵塞,致使液壓閥開(kāi)關(guān)不靈。另外,加大活塞式閥芯泄壓腔端的直徑,有助于降低泄壓腔的關(guān)閥作用壓力;但會(huì)增加對(duì)開(kāi)閥壓力P0的要求。

  3.3.2液壓閥的安裝

  液壓閥的安裝,應(yīng)適當(dāng)選擇控制管的管徑和長(zhǎng)度??刂乒軓郊哟?,水流速度將降低,通過(guò)控制管的水力損失h損4減少,C1值將減小,有利于液壓閥的運(yùn)行。控制管的管徑一般在dn15~dn40之間,若控制管的管徑過(guò)大,配套的浮球閥加大,一方面浮球?qū)⒖s小水池的儲(chǔ)水空間,降低水池空間的利用率;另一方面,浮球關(guān)閉時(shí),泄壓腔升壓時(shí)間加長(zhǎng),液壓閥將延時(shí)關(guān)閉,需要水池有較大的有效空間才能不浪費(fèi)水資源??刂乒艿拈L(zhǎng)度也應(yīng)有所限制,增加控制管的長(zhǎng)度,h損4增加,C1值增加,泄壓腔升壓時(shí)間加長(zhǎng),液壓閥將延時(shí)關(guān)閉,不利與液壓閥的穩(wěn)定運(yùn)行。

  3.3.3進(jìn)水壓力及水流狀態(tài)

  液壓閥在工作時(shí),其作用力由進(jìn)水壓力P0引起,進(jìn)水壓力越低,提升閥芯要求泄壓腔的P1也低,即C1值要小,不利于液壓閥工作。當(dāng)P0較低,泄壓腔泄壓后,活塞式閥芯受到

  向上的壓力作用不能克服其自身重力和摩擦力時(shí),液壓閥將不能開(kāi)啟。由于受閥體各部件材料的限制,P0也不能太高。高壓力使閥芯受到的作用力N1N2加大,對(duì)閥芯密封圈的磨損增強(qiáng),影響液壓閥的使用壽命。故液壓閥必須工作在標(biāo)稱壓力范圍內(nèi)。由于水流方向的改變,閥體內(nèi)各部件均受到水流的激烈沖刷,撞擊,必須采取措施,保證閥芯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,閥芯組成件(密封圈、導(dǎo)向腳、鎖閉螺栓等)位置正確,不松動(dòng)。

  3.3.4水質(zhì)情況

  運(yùn)行要求介質(zhì)為潔凈水,設(shè)計(jì)和安裝均能做到使液壓閥進(jìn)水中不含固體顆粒,不堵塞閥體內(nèi)部的大小通道,不腐蝕液壓閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。但水中溶解性固體棲出,在液壓閥閥體內(nèi)和控制管道內(nèi)結(jié)垢,從而影響閥體的泄壓腔的密封性,增大了閥芯摩擦力f,閥芯運(yùn)動(dòng)的作用力增加,同時(shí)控制管泄水?dāng)嗝鏈p小,泄壓腔的泄水能力減小,控制管的水頭損失h損4增大,C1值增大,當(dāng)C1值增大到某一程度,活塞式閥芯不能靈活運(yùn)動(dòng),從而使液壓閥失靈。對(duì)硬度高,溶解性固體較多的介質(zhì),需要適當(dāng)加大控制管的管徑并加強(qiáng)對(duì)液壓控制閥的運(yùn)行維護(hù)。

  4提高液壓水位控制閥穩(wěn)定運(yùn)行的方案

  4.1針對(duì)性選擇液壓閥的型號(hào)

  應(yīng)針對(duì)工作壓力要求、介質(zhì)溫度、介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)等情況,選擇規(guī)格型號(hào)材質(zhì)匹配的液壓控制閥。對(duì)水質(zhì)硬度較高,容易結(jié)垢的地區(qū),如貴州等喀斯特地貌地區(qū),水中含有的碳酸氫蓋在溫度和水力作用下極易結(jié)垢,應(yīng)選擇d1較大的液壓控制閥并適當(dāng)加大控制管的管徑。

  4.2合理安裝

  選定液壓水位閥控制閥的型號(hào)后,應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特性合理安裝。安裝時(shí)的注意事項(xiàng):選擇與液壓閥型號(hào)規(guī)格壓力相匹配的連接法蘭;進(jìn)水管直徑應(yīng)大于或等于閥門(mén)公稱通徑,出水口應(yīng)低于浮球閥。浮球閥安裝應(yīng)距離出水管口一米以上且應(yīng)安裝在利于檢修的位置,比如水池的人孔附近;為防止水力松動(dòng)閥芯結(jié)構(gòu),應(yīng)對(duì)閥芯活塞桿兩端緊固螺母采取防退措施。為防止虹吸倒流,水箱內(nèi)出口管出水口應(yīng)設(shè)置防虹吸小孔或略高于控制水位。為防止噪聲及水位波動(dòng),出水口應(yīng)設(shè)置消能筒。使用時(shí),截止閥應(yīng)全開(kāi),如同一水池安裝二只以上閥則應(yīng)保持同一水平面。因主閥關(guān)閉要滯后浮球閥關(guān)閉約30~50秒,故水箱要有足夠的空余容積,以防溢水。為防止雜質(zhì)、砂粒進(jìn)入閥內(nèi)引起工作失靈,閥前應(yīng)裝過(guò)濾器。如安裝在地下室水池,則應(yīng)在地下泵房安裝報(bào)警裝置。

  4.3加強(qiáng)日常維護(hù)保養(yǎng)

  在安裝液壓閥前,應(yīng)注意將管道沖洗干凈,液壓閥在使用中,應(yīng)視水質(zhì)情況選擇保養(yǎng)時(shí)間,一般一年保養(yǎng)一至二次,當(dāng)水質(zhì)清潔度較差時(shí),需適當(dāng)增加保養(yǎng)次數(shù)。具體保養(yǎng)方法如下:

 ?。?)關(guān)閉該閥前的閘閥。

 ?。?)旋下閥蓋上的螺栓。

 ?。?)取出閥門(mén)內(nèi)部活塞、活塞桿和導(dǎo)向蓋等。

  (4)旋下活塞桿兩端螺母。

 ?。?)拆下壓蓋、密封圈、閥瓣。

 ?。?)拆下導(dǎo)向壓蓋、密封圈、閥瓣。

  拆卸后,應(yīng)除去各零件的水垢和各種污物,用鋼絲疏通節(jié)流螺母上小孔,更換已損壞的密封件。裝配順序和拆卸順序相反。

  5.結(jié)論

  有針對(duì)性的選擇液壓水位控制閥的型號(hào),合理安裝,加強(qiáng)液壓水位控制閥的日常維護(hù)保養(yǎng)工作,提高液壓水位控制閥的穩(wěn)定性,避免液壓水位控制閥失靈,使其能高效長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,保證安全供水。

  參考文獻(xiàn)

  [1] 核工業(yè)第二設(shè)計(jì)研究院。給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)。中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2001年。

  [2] 給水工程。中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1995年。

  [3] 西南交通大學(xué)水力學(xué)教研室。水力學(xué)。西安建筑科技大學(xué),1983年。

  [4] 王永輝,黃廷林。水物理化學(xué)。西北工業(yè)大學(xué)出版社,1993年。

發(fā)布:2007-07-29 11:43    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁(yè)]    [關(guān)閉]
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