三偏心多功能組合閥在水廠的應(yīng)用
論述了德國ADAMS三偏心多功能組合閥的功能特性。三偏心技術(shù)的應(yīng)用使密封圈無需自身變形就能獲得零泄漏的密封效果,保證閥門的使用壽命。微小的流阻特性產(chǎn)生了很好的節(jié)能效果。帶有止回效果的一體閥在電網(wǎng)波動(dòng)、跳閘等事故中屢次表現(xiàn)突出,消除了普通止回閥瞬間關(guān)閥而引起的水錘問題,保證了安全供水。
一、前言
楊樹浦水廠在十年前就引入了兩臺德國ADAMS三偏心多功能組合閥配合出水泵進(jìn)行出水流量控制,同時(shí)具有單向止回的作用,直徑為1000mm。在這十年的運(yùn)行中,閥門一體閥的微阻和三偏心的特點(diǎn),使出廠水流經(jīng)閥門時(shí)的損耗大為降低,節(jié)約了大量的能源。盡管閥門多次遇到外網(wǎng)停電、機(jī)泵跳閘等情況,但閥門每次都能在第一時(shí)間內(nèi)出色完成關(guān)閥任務(wù)。該閥門以獨(dú)特的第一階段快速,第二階段緩沖關(guān)閥的功能,消除了普通止回閥突然關(guān)閥而引起的水錘。
二、閥門耐久性和密封性能
ADAMS多功能閥從結(jié)構(gòu)上說是三維偏心蝶閥,即蝶閥在三個(gè)方向上均有偏心,如圖1所示。

1)軸中心與閥體中心線相對偏心約為標(biāo)稱閥直徑的0.25倍。
2)軸中心與蝶板平面相對偏心,蝶板相對閥體斜置20°。
3)軸中心與圓錐形密封基座中心線相對偏心。正是這樣的設(shè)計(jì)原理,使得閥板360°圓周面上可保證各點(diǎn)的密封正壓力,金屬密封圈無須自身變形即可獲得零泄漏的密封效果。閥板360°圓周面上保證最低壓力角大于由閥板與基座材料所決定的摩擦角,因此杜絕了二者相互夾執(zhí)、甚至卡死的現(xiàn)象;因溫度變化而出現(xiàn)熱脹冷縮時(shí),閥板與基座之間通過“漸進(jìn)式”自補(bǔ)償方式來保持始終不變的密封效果。此外,閥門在開啟和關(guān)閉時(shí),蝶板與閥座密封副間無摩擦。閥板與基座之間不產(chǎn)生平面間的相對摩擦運(yùn)動(dòng),從而保證了閥門的高壽命、高操作靈活性和在頻繁開閉時(shí)仍具有始終如一的密封效果。
三、閥門的動(dòng)力學(xué)原理與意義
閥板是按照流體動(dòng)力學(xué)的原理特殊設(shè)計(jì)的,采用流線型結(jié)構(gòu)并傾斜置于閥體內(nèi),最大限度地降低了水頭損失,如圖2所示。當(dāng)正向流體的流量達(dá)到一定范圍值內(nèi)時(shí),閥板將會(huì)浮在流體上面,此現(xiàn)象與飛機(jī)的飛行原理有點(diǎn)相似(當(dāng)飛機(jī)的飛行速度超過了其起飛速度后,飛機(jī)就會(huì)升起來,從而減少了流阻和壓損),閥門最大的水頭損失≤3000Pa。微小流阻特性在實(shí)際運(yùn)用中起到了不錯(cuò)的節(jié)能效果。

圖2 閥板流體特性工作原理
四、閥門的工作原理
此ADAMS一體閥是采用二軸制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(見圖3),即驅(qū)動(dòng)軸和閥板軸是分開的,它們是通過一個(gè)空程耦合器進(jìn)行耦合的,閥板軸只能在驅(qū)動(dòng)軸限定的范圍內(nèi)工作。驅(qū)動(dòng)軸起到限制閥板運(yùn)動(dòng)范圍的作用,使閥板有鎖定狀態(tài)、自由狀態(tài)和限流狀態(tài),即閥板不能轉(zhuǎn)動(dòng),可在0~90°運(yùn)動(dòng),在限定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)管網(wǎng)中有浪涌時(shí),可以通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸的開度位置來調(diào)節(jié)水的流量,從而調(diào)節(jié)水的壓力,起到恒定水壓的作用。當(dāng)要停泵時(shí),將閥板軸關(guān)至30%(即將驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)角度關(guān)至30%),再停泵,以減少對水泵的沖擊。當(dāng)產(chǎn)生反向水流時(shí),閥板會(huì)在反向水流和閥板重力的雙作用下,迅速平穩(wěn)關(guān)閉,從而保護(hù)水泵。

同時(shí),此閥門具有一個(gè)多重關(guān)閉速率和可調(diào)節(jié)的液壓阻尼系統(tǒng),如圖4所示,包括一個(gè)液壓缸、可調(diào)節(jié)關(guān)閉彈簧和在閥關(guān)閉行程最后階段調(diào)節(jié)閥關(guān)閉特性的速度控制閥。此裝置有3條在關(guān)閉過程中讓液壓油從液壓缸回流至貯存箱的旁路。液壓系統(tǒng)原理如圖5所示,其中1條旁路有兩個(gè)分別受控于壓力補(bǔ)償流量的控制閥,另外兩條旁路有由滾子凸輪操縱截止閥。在閥板關(guān)閉時(shí),順序隔離旁路,這樣在接近關(guān)閉位置時(shí)增加阻尼率。操縱截止閥的凸輪可被調(diào)節(jié)。每個(gè)階段能夠借助于流量控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié),以確保閥門的特性可與系統(tǒng)的液壓波動(dòng)特性相匹配。以保證無沖擊地關(guān)閉閥門,即閥門被延時(shí)關(guān)閉,消除水錘,此關(guān)閉速率由液壓回路中的截止閥C、D和速度控制閥A、B來完成的,A、B閥均為10級可調(diào)。當(dāng)水泵突然停止工作時(shí),液壓阻尼緩閉裝置上的滑桿首先快速向關(guān)閉方向移動(dòng),在將要關(guān)閉時(shí)(閥門開度大約為8%),滑桿應(yīng)轉(zhuǎn)為緩慢向關(guān)閉方向移動(dòng)。閥門在全關(guān)時(shí),無任何撞擊聲音,且水泵軸無任何明顯的快速反轉(zhuǎn)。


圖5 液壓系統(tǒng)原理圖
五、閥門的控制特點(diǎn)
此閥門在控制部分采用了德國AUMA公司的SARM電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在實(shí)際中僅起到限流作用,在限定的范圍內(nèi),閥門的實(shí)際開度取決于正向水流的流量。也就是說如果控制電源失電或控制信號掉失,閥板所處狀態(tài)不受影響,且當(dāng)逆向水流產(chǎn)生時(shí),閥門能立即關(guān)閉。因而閥門可靠性高,使閥門具備止回、截止和限流的多重作用。
六、結(jié)語
ADAMS三偏心多功能組合閥的三偏心技術(shù)保證了零泄漏和無摩擦的效果;動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)原理產(chǎn)生微小流阻特性,達(dá)到了節(jié)能減排的效果;二軸制系統(tǒng)和液壓阻尼緩閉裝置的設(shè)計(jì),摒棄了傳統(tǒng)的重錘結(jié)構(gòu),使得整體結(jié)構(gòu)緊湊,占空間小,工作平穩(wěn),無振動(dòng),低噪聲,對操作人員不構(gòu)成任何潛在危險(xiǎn),且在停電、機(jī)泵跳閘等情況下能迅速平穩(wěn)關(guān)閉。ADAMS閥門在楊樹浦水廠的十年運(yùn)行中表現(xiàn)良好,為優(yōu)化供水系統(tǒng),達(dá)到安全供水和節(jié)能減排起到了積極作用。