水力控制阀在给水系统中的应用

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。