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提高液壓水位控制閥穩(wěn)定運(yùn)行性
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，閥門即開啟供水,，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)簡單,，安裝施工方便,，適用壓力廣等優(yōu)勢，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,，見圖1。
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,。下面以圖１中結(jié)構(gòu)示意圖一（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
＝(P0D22 － P1D12)π/4±f－G＋P2(D12－ D22)π/4 ±N
＝Ａ±f－G±N＋Ｂ……………………………………………………………………(2)
（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,，浮球閥開啟排水時(shí),，進(jìn)水腔通過小孔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,，液壓閥門即開啟向水池（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（zui大至P0）,，上式F<0,，活塞下移將密封面封閉，閥門即停止供水,。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示意圖
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≤P20，泄水腔壓力０1(常數(shù))≤P1≤C2～P0,。通過受力分析可以看出,，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zui小時(shí),，閥芯能夠上升到zui大開啟度位置,；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?？梢娦箟呵坏膠ui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zui小壓強(qiáng)Ｃ1為液壓控制閥穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)。當(dāng)液壓控制閥開啟度zui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（斷面位置如圖３立式液壓控制閥安裝示意圖所示）,，有各下列各式成立：
ω通ν通＝ω泄ν泄＝ω球ν球
d12ν通＝D12ν泄＝d球2球…………………………………………………………………………（3）
Z進(jìn)+P０/γ +α1ν通2/2g =Z泄+P1/γ +α2ν泄2/2g+h損1=Z球+P球/γ+α3ν球2/2g+h損2………（4）
整理上式，推導(dǎo)得：
P1＝C1＝γ〔（Z球－Z泄）+P球/γ+（α3ν球2－α2ν泄2）/2g+（h損2－h(huán)損1）〕
＝γ〔（Z進(jìn)－Z泄）+P０/γ+（α1ν通2－α2ν泄2）/2g－h(huán)損３〕……………………………（5）
ω及下標(biāo)：表示水流對應(yīng)斷面的面積
ν及下標(biāo)：表示水流對應(yīng)斷面的液體流速
Z及下標(biāo)：表示水流對應(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,?？梢娺m當(dāng)減小小孔通道直徑ｄ1有助于降低Ｃ1值，浮球閥開啟時(shí),，閥芯能迅速上升,，打開液壓閥。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過小，容易造成孔道堵塞,，致使液壓閥開關(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)增加對開閥壓力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度,?？刂乒軓郊哟螅魉俣葘⒔档?，通過控制管的水力損失h損4減少,，Ｃ1值將減小，有利于液壓閥的運(yùn)行,?？刂乒艿墓軓揭话阍赿n15~dn40之間，若控制管的管徑過大,，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,，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度也應(yīng)有所限制，增加控制管的長度,，h損4增加,，Ｃ1值增加，泄壓腔升壓時(shí)間加長,，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針對性選擇液壓閥的型號(hào)
應(yīng)針對工作壓力要求,、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,，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：
（1）關(guān)閉該閥前的閘閥,。
（2）旋下閥蓋上的螺栓。
（3）取出閥門內(nèi)部活塞,、活塞桿和導(dǎo)向蓋等,。
（4）旋下活塞桿兩端螺母。
（5）拆下壓蓋、密封圈,、閥瓣,。
（6）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，使其能長期穩(wěn)定運(yùn)行,，保證安全供水,。