目前,国内的截止阀大多采用手轮或电动装置驱动。采用手轮驱动截止阀开启或关闭时,动作缓慢,劳动强度大,自动化程度低,不利于阀门的集成控制,且易造成由于误操作引起的安全事故。采用普通电动装置开启和关闭截止阀时,机构庞大,能耗大,成本高,应用在输油或化工易燃易爆流体的管路上时,不便维修且存在事故隐患。因此研制了新型带先导球阀的截止阀。该阀能够达到普通截止阀的基本功能,具有操作灵活省力、精度高、动作快、不锈蚀、安装简单、使用寿命长和维护方便等优点。
2、阀门结构
带先导球阀的截止阀有手动控制和电动控制两种类型。手动带先导球阀的截止阀(图1)由阀体、阀瓣、阀盖、导向套、密封圈、弹簧和导流管等零部件组成。阀瓣呈直圆筒形,阀瓣底部有底孔,阀体下部设有排污孔,该孔安装有密封螺母。阀瓣底孔的孔径小于导流管的内径,阀瓣上部有压环。
带先导球阀的截止阀无手轮、阀杆和内升降螺母,将导向块与导向槽改为导向套,将盘形阀瓣改为类钵体形阀瓣,并在底部开阀瓣孔,将阀盖原阀杆孔改为导流孔,因增加压环、密封圈和将阀瓣改为类钵体,使上通流腔分隔为上腔、外腔、内腔,在上腔与外腔的外部加设有导流管与不锈钢手动球阀,在盖板与阀瓣底的中心部加设弹簧,阀瓣上部加设压紧密封圈的压环,在外腔的壁上开有放水孔。对于电动控制的截止阀,只需将先导控制的手动球阀用3～5V直流电机驱动即可。
3、工作原理
由伯努利方程可知,当流体流动断面发生变化时,包括断面收缩和扩张等,流体会产生流动阻力,相应的流体压力会下降。带先导球阀的截止阀即为一种压差阀门,利用介质自身的压力为动力、利用压差推动阀瓣完成阀瓣的启闭,使得采用较小的启闭阀完成相对大阀门的启闭。
假定先导阀门的初始状态为关闭,导流管不通。由于阀瓣底部与进口相通,此时进口压力和阀瓣内压力一致,则阀瓣在自重以及弹簧力的作用下下落与阀座闭合,截止阀处在关闭状态。
当打开先导阀门,阀瓣与出口相通,水外流,此时上部水压下降(两者压力相等,均为P2),由于进口压力P1与出口压力P2存在压力差,则进口压力P1将阀瓣顶起,打开阀门。由于导流管直径大于底孔的孔径,因此,即使有阀瓣底孔的存在,进口管的压力P1始终大于阀瓣内的压力(抵消阀瓣自重和弹簧力的作用),因而阀瓣不会下落,而保持全通开启,从而保证最大通量的流体通过。
当关闭先导阀门,阀瓣与出口断开。经过一定时间后,流入进口的水经阀瓣底孔注入阀瓣的内腔,至两者压力平衡时,在阀瓣重力及弹簧力作用下,阀瓣再次与阀座闭合,阀门关闭。需要放水时,可以通过阀体上的放水孔将水排放干净,从而保证水不结冰,阀门不生锈。如此循环往复,即可实现阀门的关闭和开启。
4、性能测试
通过试验测试,带先导球阀的截止阀开启时间10～15s,关闭时间10～20s,开启压力0.01MPa,对于电动控制阀门,利用先导技术,以3～5V直流电机可以实现阀门的开启和关闭,其电耗约为普通电控阀门的2%。该阀具有结构紧凑,密封性能好,操作省力,维护方便的特点。
5、结语
带先导球阀的截止阀是一种新型的截止阀。其核心技术是合理确定其导流管直径与阀瓣底孔孔径的比值,该比值决定了阀瓣的动作性能和动作能耗。若比值远大于1,则配置的先导球阀规格就大,驱动能耗就会上升。若比值等于或小于1,则阀门不能维持开启状态。同时,可以利用调整阀瓣的自重、弹簧的弹力以及阀瓣的底孔大小来确定阀门的开启压力和启闭时间。
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