摘要：活塞閥作為控制閥的一個(gè)新產(chǎn)品，以其良好的調(diào)流調(diào)壓性能，在供水工程中逐漸出現(xiàn)了越來越多的應(yīng)用。水從原水經(jīng)凈化后需要通過長距離的傳送，#終到達(dá)千家萬戶，用來滿足人們的需要。在水的傳輸過程中，可能需要經(jīng)過分配、調(diào)流、調(diào)壓、控制等等幾個(gè)環(huán)節(jié)。本文對(duì)活塞閥在城市供水工程中的應(yīng)用研究進(jìn)行了分析研究。
隨著guojia經(jīng)濟(jì)和人口快速的增長，人們對(duì)供水提出了更大的需求，這種需求在大城市顯得尤為突出。一方面，這種需求無疑推進(jìn)了科技與工程技術(shù)的進(jìn)程；另一方面，對(duì)供水的數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)和環(huán)保提出了更高的要求。水從原水經(jīng)凈化后需要通過長距離的傳送，#終到達(dá)千家萬戶，用來滿足人們的需要。在水的傳輸過程中，可能需要經(jīng)過分配、調(diào)流、調(diào)壓、控制等等幾個(gè)環(huán)節(jié)。人們通過管網(wǎng)來管理供水系統(tǒng)。閥門在管線和水廠的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、處理、運(yùn)輸、分配的系統(tǒng)中起到了開關(guān)的作用，用來進(jìn)行開關(guān)控制和調(diào)節(jié)。近年來，活塞閥因?yàn)槠涑霰姷恼{(diào)節(jié)和控制能力，在供水的水廠和管線中扮演著重要的角色。以 VAG 活塞閥為例，它不同于一般管線的關(guān)斷閥（如蝶閥、閘閥）。它能通過活塞狀的出口部件做軸向運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)水的流量，能夠滿足管線和水廠的特殊調(diào)節(jié)需求。水流以環(huán)形弧狀進(jìn)入閥體。無論活塞在任何位置，閥腔內(nèi)水流的斷面均為環(huán)形，并在出口處向軸心收縮，從而避免因節(jié)流而可能產(chǎn)生的氣蝕對(duì)閥體和管道造成的破壞。
1 活塞閥的發(fā)展
活塞閥的發(fā)展分為三個(gè)階段，還是以 VAG 為例。地衣階段是在 1930 年，活塞閥還是以針閥的形態(tài)的存在（如圖 1）。第二階段從 20 世紀(jì)末到 2005 年，活塞閥才真正以活塞閥的形態(tài)存在，但保留了針閥的兩段式的結(jié)構(gòu)（如圖 2）。
第三階段從 2005 年不斷地到現(xiàn)在的活塞閥已經(jīng)不再是兩段式閥體了，完全可以做到一體式整體結(jié)構(gòu)（如圖 3）。
2 活塞閥的結(jié)構(gòu)形式
活塞式控制閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu) , 關(guān)閉件滑塊為圓筒或錐形的活塞�？稍陂y體內(nèi)圓筒里由導(dǎo)軌引導(dǎo)沿管路中心作軸向運(yùn)動(dòng)，因而改變流道面積，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流量及減壓功能。與管道的連接形式為法蘭聯(lián)接，法蘭連接尺寸、結(jié)構(gòu)長度符合相應(yīng) DIN 的要求。活塞式控制閥由閥體、活塞、
曲柄、連桿、消能裝置、閥桿、軸套、閥座、密封圈等主要部件組成。活塞式控制閥閥體為流線形軸對(duì)稱流道，流體在閥體內(nèi)能被很好地?zé)o紊流引導(dǎo)，能顯著降低閥門的噪聲和振動(dòng)。保證閥門在高壓差下也具有良好的抗氣蝕特性，其允許氣蝕系數(shù)應(yīng)不大于 0.4�；钊娇刂崎y具有優(yōu)良的線性調(diào)節(jié)性能，以便控制系統(tǒng)通過出口壓力變送器的反饋信號(hào)調(diào)控閥門，保持出水壓力的恒定�；钊娇刂崎y具有可靠的密封性能，在調(diào)節(jié)閥處于全關(guān)狀態(tài)下，保證無任何滲漏�；钊娇刂崎y在正常運(yùn)行工況下，無卡阻和有害振動(dòng)現(xiàn)象，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行�；钊娇刂崎y具有良好的抗阻塞能力�？蛇m用于有泥沙及小顆粒雜質(zhì)的流體�；钊娇刂崎y在#大工作壓差和動(dòng)水啟閉運(yùn)行工況下，保證整體抗推力安全可靠，不發(fā)生有害的振動(dòng)。活塞式控制閥驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)驅(qū)動(dòng)或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
3 活塞閥的控制特性
流量系數(shù)比 kv/kvs 取決于 S/Smax 的比率，被用來評(píng)估其控制特性。調(diào)節(jié)行為受整個(gè)管道系統(tǒng)的總流阻系數(shù)的影響，簡單來說，管道系統(tǒng)的流阻系數(shù)越大，閥門的節(jié)流效果越不明顯。閥門特性曲線受整個(gè)管道系統(tǒng)流阻系數(shù)的影響，會(huì)對(duì)操作性能曲線起重要的作用。
式中，εα為活塞閥的流阻系數(shù)；εγ為整個(gè)管道系統(tǒng)的流阻系數(shù)。
活塞閥的操作性能在管道系統(tǒng)的不同流阻系數(shù)下，活塞閥的操作特性近似于線性。隨著管道流阻系數(shù)的增加，活塞閥的控制性能也受到了極大的影響。
4 氣蝕
閥門的性能或者說操作特性表明當(dāng)工況達(dá)到了氣蝕工區(qū)，就會(huì)開始產(chǎn)生氣蝕。氣蝕和衡量氣蝕的氣蝕系數(shù)是可以計(jì)算出來的。通過噪音釋放量和空化程度測(cè)量可以得到不同出口部件的活塞閥在不同開度下的臨界氣蝕系數(shù)值。我們?cè)谠O(shè)計(jì)工作中，所有工作條件下，也就是任何情況下都不允許產(chǎn)生氣蝕。普通用戶往往會(huì)忽略氣蝕帶來的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爆管等事故。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在有足夠的手段來防止氣蝕的發(fā)生，活塞閥就是一種。以VAG活塞閥為例，在閥門選型時(shí)，VAG 的工程師會(huì)向用戶索要工況的參數(shù)，這包括#大和#小的壓差、流速和流量等。有了這些，VAG 的工程師能通過一種名為 USECAD 的軟件進(jìn)行選型，通過軟件計(jì)算使閥門運(yùn)行時(shí)院秒氣蝕工區(qū)。這無疑是一種簡便高效的方法。
5 活塞閥的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)
（1）線性度好。由于閥體內(nèi)部采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于流體的流量控制特性具有良好的線性度，即使在第—個(gè)10% 行程中仍具有良好的流量控制效果。
（2）抗氣蝕、抗震動(dòng)。充分利用流體動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行流道設(shè)計(jì)，消除汽蝕和震動(dòng)現(xiàn)象對(duì)管網(wǎng)的損傷，大大提高閥門和管道的使用壽命。
（3）工作可靠。合理設(shè)計(jì)的流道和密封型式，使該閥可以適用于含有泥沙等小顆粒雜質(zhì)的流體，不會(huì)因雜物造成關(guān)閉不嚴(yán)而導(dǎo)致泄漏或控制失效。
（4）高壓消能。即使在高壓差的情況下，該閥也能有效消除高壓能，將高壓減為低壓，而且不會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)和氣蝕現(xiàn)象，有效保證閥門的使用壽命。
（5）選材精良。閥門的關(guān)鍵部位如閥座、擋塊、導(dǎo)軌等部件均采用特殊的不鋼筋材料制作，此材料耐磨、耐氣蝕，硬度為普通不鋼筋的三倍。
（6）浮動(dòng)閥座。閥座與錐體的連接采用特殊的硅膠黏合，黏性高，耐剪切。浮動(dòng)閥座在密封時(shí)閥座產(chǎn)生自定心效果，使密封更可靠。
（7）流體阻力小。該閥先金的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理的流道分布，使整個(gè)閥門的壓力損失降至影氐有利于節(jié)約整個(gè)管網(wǎng)的動(dòng)力消耗。
（8）操作扭矩小。閥門中的啟閉件為套閘，其運(yùn)動(dòng)方向與主管流體流動(dòng)方向一致，而且有效受力面積小，因此啟閉閥門所需的操力矩也很小，驅(qū)動(dòng)裝置成本可大幅降低。
（9）使用壽命長。閥門中主要密封為金屬對(duì)屬，密封可靠，抗流體沖蝕力強(qiáng)，不易被夾雜的垃圾損壞，加之大部分部件采用不銹鋼制造，閥門的使用壽命大大提高。
6 活塞閥在供水工程中的廣泛應(yīng)用
根據(jù)活塞閥以上特性，具有較佳的調(diào)流特性。在供水工程中的以下工況中具有優(yōu)勢(shì)：（1）引水工程中重力流管道中的調(diào)壓；（2）水廠進(jìn)口流量調(diào)節(jié)；（3）水廠濾池恒水位過濾的出水調(diào)節(jié)；（4）供水管網(wǎng)中各區(qū)域的壓力平衡；（5）供水管網(wǎng)減少漏損；（6）泵房水泵運(yùn)行時(shí)流量壓力調(diào)節(jié)。活塞閥作為一種多功能閥門，近年來在供水工程中的使用越來越多地得到了用戶的關(guān)注。在大多數(shù)需要調(diào)節(jié)的場合，使用效果較蝶閥閘閥有著明顯的優(yōu)勢(shì)，其高效、穩(wěn)定、節(jié)能的特點(diǎn)也越能突出體現(xiàn)。但因其造價(jià)高，曾令不少用戶望而卻步。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)整體水平的不斷提升，各地供水企業(yè)對(duì)運(yùn)行管理的要求不斷地提高，相信活塞閥必將迎來更大的市場機(jī)遇，有著美好的市場前景，活塞閥的優(yōu)勢(shì)功能將不斷被發(fā)掘，活塞閥的應(yīng)用將越來越廣泛。
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