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闸阀蝶阀排气阀等排水阀门的特点分析

[ 2017-03-08 ]

在给排水工程中，中低压阀门广泛应用，特别低压大口径阀门（低压阀门是指公称压力PN≤1.6MPa的阀门），而中压阀门（PN2.5－6.4MPa）较少。而电动闸阀、电动蝶阀是最基本最广泛应用的主导产品。
　　
　　电动闸阀的特点和现状
　　
　　电动闸阀使用历史最久，至今世界各国仍在应用，特别是DN300mm以下，在各类阀门中仍占主导地位。其特征是阀板前后压差使阀板强制压在出口右侧的阀座上，密封性较好，且全开时，由于阀板不留在流路上，压力损失小。用于切断管道中介质。
　　
　　其缺点是操作力矩大，操作时易使阀体、阀杆损坏，特别是大口径闸阀。外形尺寸和重量也大，DN1000口径闸阀约3200mm高，需要四个人操作，所以闸阀一般使用在小口径，即DN500以下使用。
　　
　　电动闸阀从全开到中间开度，阀门的流阻较小，接近全闭时，流阻急剧增加。较大的范围内，流阻变化较小，在接近全闭时，流量变化较大，一定不要在阀门接近关闭时使用，这时很难进行流量的微调。阀门若开度极小，开口处的流速极快，会使闸板下侧产生气蚀，并伴有激烈的振动和噪声，长时间节流运转，往往会使阀体和闸板的金属发生气蚀。闸阀工况若处在中间开度，阀板因为是靠两侧的导轨支撑，全闭时配合紧密，而中间位置时，阀板与导轨间隙大而产生振动。因此鸿丰认为，即使在气蚀发生率较低的区域，长时间使阀门节流运转，导轨也会发生畸形、磨耗或损坏，且由于阀座不是全面接触，而接触部位表面压力很高，往往会产生咬蚀或粘连，因此，不宜用于流量控制。还要注意，闸阀在小开度时，流量变化大，如果对阀门紧急启闭，会造成压力急剧上升或产生负压，特别是关阀门时水锤的产生。
　　
　　在金属密封闸阀基础上，近些年来开发了橡胶软密封电动闸阀，其特点是：
　　
　　（1）法体底部无凹处，流体通过截面呈直线状，不易堆积和夹杂异物。
　　
　　（2）闸板密封面是压在阀体上进行止水的，关阀力矩小。
　　
　　（3）不因配管的弯曲和拉伸而影响密封性能。
　　
　　（4）整个阀板衬橡胶，耐腐蚀，不出锈水。
　　
　　（5）阀门可在全开通水的同时更换密封材料和O型圈。
　　
　　（6）闸板互换性好。
　　
　　由于功能优越，鸿丰看到国际上（特别在欧洲）需求量速增，软密封闸阀是30年前奥地利人发明，在欧洲每年生产50余万台，几乎100％使用，是硬密封闸阀的替代产品，其制造口径在欧日为DN500，美国一般用到DN400，而意大利可生产到DN1200。但也有不足，软密封闸阀是靠对橡胶阀座进行压缩密封的，是否关闭不好判断，要避免关阀过紧，不要超过关阀扭矩为好（扭矩在标准上给出）。
　　
　　电动蝶阀的现状和发展
　　
　　鸿丰记得上世纪三十年代，美国发明了蝶阀，上世纪七十年代传入我国，开发使用。目前世界上一般在DN300mm以上蝶阀已逐渐代替了闸阀。蝶阀与闸阀相比有开闭时间短，操作力矩小，安装空间小和重量轻等特点。以DN1000为例，蝶阀约2T，而闸阀约3.5T，且蝶阀易于各种驱动装置组合，有良好的耐久性和可靠性。
　　
　　橡胶密封蝶阀缺点是作节流使用时，由于使用不当会产生气蚀，使橡胶座剥落、损伤等情况发生。为此，上世纪七十到八十年代国际上又开发金属密封蝶阀，耐气蚀、寿命长，近几年我国也开发了金属密封蝶阀，但要注意，阀体、阀座和阀板。阀座的材质不适组合时，阀座间会产生热咬合，又不能开闭的危险。在国外还开发耐气蚀、低振动、低噪声的梳齿形蝶阀。由于铸造技术的提高，可使铸铁的阀体、阀板与不锈钢阀座铸在一起，致使阀座部分的构造简单，导物不积留，耐久性、可靠性大大提高。一般密封座的寿命在正常情况下，橡胶15年以上，不锈钢金属约80年，综合比较各异。但如何正确选用则要根据工况要求。蝶阀的开度与流量之间的关系，基本上呈线性比例变化。如果阀门处于节流幅度较大状态，阀板的背面容易发生气蚀，有损坏阀门的可能，一般均在15度以外使用。节流侧阀门下面会产生负压，往往会出现橡胶密封件脱落。蝶阀操作力矩，因开度及阀门启闭方向不同其值各异，卧式蝶阀，特别是大口径阀，由于水深，阀轴上、下水头差所产生的力矩也不容忽视。另外，阀门进口侧装置弯头时，形成偏流，力矩会有增加。
　　
　　排气阀
　　
　　旧式双孔排气阀由于排气能力小等原因，逐渐要被新型高速进排气阀代替。判定排气阀的性能高低除对阀门的一般要求外有三点至关重要：
　　
　　（1）在大多压差下大孔口关闭。
　　
　　（2）管道中介质--水，冲上来时是否会把浮球压住，孔口不能关闭。
　　
　　（3）在低压时（0.02MPa）是否仍在密封不漏水。
　　
　　排气阀口径的选择需要谨慎，特别管内产生负压时，需要补充，使管内负压不超过0.35kgf/cm2，否则管道会失稳破坏。
　　
　　停泵水锤防护专用阀门问题
　　
　　水锤种类
　　
　　水锤从不同角度，可分为四种。按关阀历时与水锤相μ的关系分为直接水锤和间接水锤；按水锤成因的外部条件可分为启动水水锤、关阀水锤和停泵水锤；按水锤水力特性可分为刚性水锤理论和弹性水锤理论两种；按水锤波动的现象分为水柱连续现象和水柱分离的水锤现象两种。
　　
　　根据调查统计，在城市给水和工业企业的给水泵站中，绝大部分水锤事故都属与停泵水锤事故。水锤事故危害性很大，会导致管道和设备的骤然炸破。由于本文只论及停泵水锤的防护，所以水锤的理论问题另做探讨。一般管道末端关阀水锤是先发生高压，后发生低压。泵站中停泵水锤的特点是先发生低压后发生高压，而且由于水泵电机旋转部分有一定的转动惯量，在停电后不是立即停止而是转速逐渐降低，仍处于水泵的工作状态，只不过扬程和水量都逐渐下降，当扬程降至与外部管道压力，流量变为0以后水开始倒流，此时水泵仍在正转受倒流水的作用，而转速很快下降，此阶段为制动阶段，进一步当水泵转速为0以后受倒流作用，推动水泵倒转，而开始进入水轮机工作状态，随后压力才逐渐升起。在整个低压（或负压）水锤波所延续的时间大于正常水锤波。低压（或负压）波时间，一般可由4、5秒到7、8秒。当水泵出口没有止回阀时，停泵后水可以通过水泵大量倒流泄水，使正压水锤压力，有效地减小，因此在一定的情况下可以消除水锤，防止水锤事故，但不能消除拉断水柱的水锤。当水泵出口装有止回阀时或水泵出口阀提早关闭，在水倒流后水能冲击止回阀迅速关闭，从而产生一个较大的关阀水锤，尤其当发生拉断水柱水锤时，回流水柱碰到关阀的止回阀上，将产生极大的水锤压力，这是我们主要的防护对象。停泵水锤防护专用阀门要适应这一过程的特点生产制造，而且在正常运行时水头损失要小，安全可靠。若管道假设为刚体，水锤压力式中g--重力加速度m/s；
　　
　　a--水锤波传播速度，近似1000m/s；
　　
　　V--流速m/s；
　　
　　L--管道长度m。
　　
　　直接水锤多发生在管道较长，关阀速度较快时，所以关阀时间T的掌握非常重要，应满足。
　　
　　阀门的气蚀问题
　　
　　用气蚀系数δ值，来选定用作控制流量时，选择什么样的阀门结构型式中H1--阀后（出口）压力m；
　　
　　H2--大气压与其温度相对应的饱和蒸气压力之差m；
　　
　　ΔP--阀门前后的压差m；
　　
　　其余符号同前。
　　
　　各种阀门由于构造不同，因此，容许的气蚀系数δ也不同。如计算的气蚀系数大于容许气蚀系数，则说明可用，不会发生气蚀。如蝶阀容许气蚀系数为2.5，则：
　　
　　如δ〉2.5，则不会发生气蚀。
　　
　　当2.5〉δ〉1.5时，会发生轻微气蚀。
　　
　　δ<1.5时，产生振动。
　　
　　δ<0.5的情况继续使用时，则会损伤阀门和下游配管。
　　
　　阀门的卫生要求问题
　　
　　自来水管道、阀门的卫生、防疫要求十分重要，目前仍没得到生产、施工、应用等各方面应有的重视，各种医药，食品现在加强了管理，但人们每天接触最多的水却很少有人问津，今后是我们应解决的一个重要问题。GB5749《生活饮用水卫生标准》和GB/T17219《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》要严格执行，必须有省级以上卫生防疫部门证明，浸泡试验规定的21个项目和其他3个项目，涂料应进行21个规定项目和5个其它项目的卫生要求应进行试验。原料达到食品级。
　　
　　阀门的防护问题
　　
　　鸿丰认为延长阀门寿命，保证阀门卫生要求，阀门金属表面必须作涂装，涂层厚度要保证，涂装工艺必须做好涂装前的金属表面处理，达到级（近白级），且推荐热喷涂。露天安装的阀门外表面宜再涂层外面涂耐紫外线的丙烯酸涂料。
　　
　　不仅上述问题需要解决，还要优化流量系数，降低水头损失系数，并要研究提高大范围调压、调流（消能）的专用阀门生产技术，如：针阀（活塞阀）、多孔阀、环喷阀（固定锥阀）、隔水有保证的导流防止器等，及进一步开发超大型蝶阀（DN3000以上）等等。

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