【莱温坦伯】水力控制阀在给水系统中的应用

01 问题的提出

在给水系统中经常会对水的压力、流量、液位等参数进行频繁的控制。如果都使用外接能源，如气源或电源的话，将会消耗很大。例如：

1) 从高压区向低压区给水的市政供水系统中，需要保持下游的压力稳定。

2) 从压力较高的增压泵流出后用于灌溉的灌溉系统中，需要使水源减压。

3) 从高压端向恒定的下游供水的楼宇管网系统中，需要保护整个管路的平稳运行，避免受到偶然出现的压力过大的影响。

4) 向水塔蓄水的供水系统中，需要控制水位。

5) 向蓄水区自动蓄水的消防系统中，需要保证控制区域液位正常。

02 水力控制阀的结构和基本原理

水力控制阀，是一系列多用途控制与安全类阀门的总称，见图1。水力控制阀仅依靠介质—水的能量，即可实现对压力、流量、液位等的控制。不但节约了大量的能源消耗，而且还也省了人力成本。

最早，水力控制阀被运用在一些农业国家的水利灌溉系统中，大量生产于以色列、荷兰、丹麦等欧洲国家，后来发展到美国、加拿大以及亚洲等地，并且得到了更加广泛的应用。

简单来说，水力控制阀是由主阀和不同的导阀系统所组成的。通过装配不同的导阀系统，水力控制阀将可以具备不同的使用功能。

图1 水力控制阀外形图

2.1 主阀

主阀的典型结构见图2。图2中的主阀为隔膜双腔型，是由阀体、阀芯、阀座、阀板、弹簧、阀杆、中间体、膜片、阀盖等主要零部件组成。

①阀体; ②阀芯; ③阀座; ④阀板; ⑤弹簧; ⑥阀杆; ⑦中间体; ⑧隔膜; ⑨阀盖

图2 主阀示意图

2.2 导阀系统

导阀系统由导阀、导管、针阀、球阀、压力表等零部件组成。通过不同的连接可以实现不同的控制功能。

2.3 基本原理

水力控制阀虽然按照不同的使用功能有不同的分类，但其工作原理却不尽相同。即以上、下游压力差为动力，由导阀系统控制，使隔膜( 或者活塞) 液压式差动操作，完全由水力自动调节，从而控制主阀阀芯开启或者关闭或者处于某一调节状态。

03 水力控制阀的分类和工作原理

根据给水系统中不同的设计要求和使用要求，还可以演变出十几种用途的阀门(目前国外此类阀门已派生出近百种用途) 。

水力控制阀按用途可分为如下类型。

1) 水位控制阀。主要控制水池、水塔中的水位。

2) 减压阀。将较高进口压力减小到某一需要的出口压力，并依靠介质自身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。

3) 水用安全阀（泄压/持压阀）。当给水管路系统中的压力超过设定压力时，阀门自动开启泄压，保护管线安全。

4) 止回阀。安装在给水系统的水泵出口，防止介质倒流，并消除水击。

5) 电动开关阀。以电磁阀作为先导阀，根据电信号，遥控开启和关闭给水管路系统，可取代用来开启和关闭的闸阀和蝶阀的大型电动装置，并可实现远程控制。

6) 流量控制阀。将过大的流量限制在一个预定值，并将上游的高压减为所需要的下游低压。

7) 压差旁通平衡阀。用于空调系统供水管、回水管或集水器、分水器之间，控制供水管、回水管或集水器、分水器之间的压差为设定值。

8) 紧急关闭阀。用于消防用水与生活用水并联的供水系统中，自动调配供水方向。

3.1 先导式减压阀

先导式减压阀可以将阀前的高压流体降低至阀后的低压流体，并维持阀后压力的稳定，保证下游设备的安全运行。

如图3 所示，其工作原理可以理解为:

1) 当流体从入口流入主阀内腔后，经过阀芯与阀座所形成的环形间隙，造成流体压力下降，然后从出口流出，实现“减压”功能。

2) 当出口压力小于稳定值( 设定值) 时: 导阀膜片下腔的压力降低，导阀阀杆下移，开度增大，进口压力水从控制管进入导阀再到出口端，使主阀上腔压力降低，主阀阀杆上移，主阀阀板的开度随之增大，阀后压力增高，重回设定值。反之，当出口压力大于稳定值时，动作相反，同样重回设定值。实现“稳压”。

图3 先导式减压阀原理示意图

3.2 泄压安全阀

泄压安全阀可以快速泄压，保证管路内压力在安全范围内，并维持阀前压力的稳定，保证整个管路的安全平稳运行。

图4

如图4 所示，其工作原理可以理解为：

1) 当进口压力大于安全值( 设定值) 时：进口压力水从控制管路进入导阀膜片下腔，使其压力增高，推动导阀阀杆上移，导阀阀板打开，主阀控制室上腔的水从导阀和控制管排泄，在进口压力水的作用下，主阀阀板打开，阀前压力降低，重回设定值。实现“泄压”。

2) 当进口压力小于安全值( 设定值) 时：导阀膜片下腔的压力降低，导阀阀杆下移，导阀阀板关闭，从而导致主阀控制室上腔的水压增高，在主阀上腔水压作用下，主阀阀板关闭，阀前压力上升。现在“稳压”。

3.3 遥控浮球阀

遥控浮球阀可以保持控制区域的水位始终处在设定范围之内。

如图5 所示，其工作原理可以理解为: 当导阀开启时，主阀上腔压力降低，主阀阀杆上移，主阀开启，上游往下游注水; 当导阀关闭时，主阀上腔压力增加，主阀阀杆下移，主阀关闭，上游停止往下游注水。实现“水位控制”。

图5 遥控浮球阀原理示意图

04 水力控制阀的选型和维护

1) 水力控制阀的选型主要为主阀的选型，包括样式、口径、压力、材质等。常见的水力控制阀选型参数见表：

2) 水力控制阀在应用中省了大量人力，但仍需定期进行维护。水力控制阀是无需另加机油润滑的，其在工作中可利用介质本身进行润滑。如果在应用现场进行维护或者发生故障时，其拆卸需要：

① 将管路中阀前和阀后的2 个切断阀都关闭。

② 释放主阀控制室上腔的压力，松开阀盖上方的导管连接。

③ 松开阀盖与中间体的螺栓，松开中间体与阀体的螺栓。

④ 取出弹簧、膜片、阀板、阀芯、O 型圈等零件进行检查，看有无问题。其中膜片和O 型圈为易损件，需要重点检查并定期更换。

05 结语

无论是先导式减压阀、泄压安全阀、遥控浮球阀，还是其它种类的水力控制阀，仅依靠介质—水的能量，即可以方便地对流体介质进行控制，产品在国内外的楼宇管网、市政供水、消防用水、泵站、灌溉等积水系统中的应用是非常普遍的，市场上也有很大的需求量。