摘要：活塞閥作為控制閥的一個(gè)新產(chǎn)品，以其良好的調流調壓性能，在供水工程中逐漸出現了越來(lái)越多的應用。水從原水經(jīng)凈化后需要通過(guò)長(cháng)距離的傳送，#終到達千家萬(wàn)戶(hù)，用來(lái)滿(mǎn)足人們的需要。在水的傳輸過(guò)程中，可能需要經(jīng)過(guò)分配、調流、調壓、控制等等幾個(gè)環(huán)節。本文對活塞閥在城市供水工程中的應用研究進(jìn)行了分析研究。
隨著(zhù)guojia經(jīng)濟和人口快速的增長(cháng)，人們對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(wú)疑推進(jìn)了科技與工程技術(shù)的進(jìn)程；另一方面，對供水的數量、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(guò)長(cháng)距離的傳送，#終到達千家萬(wàn)戶(hù)，用來(lái)滿(mǎn)足人們的需要。在水的傳輸過(guò)程中，可能需要經(jīng)過(guò)分配、調流、調壓、控制等等幾個(gè)環(huán)節。人們通過(guò)管網(wǎng)來(lái)管理供水系統。閥門(mén)在管線(xiàn)和水廠(chǎng)的生產(chǎn)、儲存、處理、運輸、分配的系統中起到了開(kāi)關(guān)的作用，用來(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制和調節。近年來(lái)，活塞閥因為其出眾的調節和控制能力，在供水的水廠(chǎng)和管線(xiàn)中扮演著(zhù)重要的角色。以 VAG 活塞閥為例，它不同于一般管線(xiàn)的關(guān)斷閥（如蝶閥、閘閥）。它能通過(guò)活塞狀的出口部件做軸向運動(dòng)調節水的流量，能夠滿(mǎn)足管線(xiàn)和水廠(chǎng)的特殊調節需求。水流以環(huán)形弧狀進(jìn)入閥體。無(wú)論活塞在任何位置，閥腔內水流的斷面均為環(huán)形，并在出口處向軸心收縮，從而避免因節流而可能產(chǎn)生的氣蝕對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構（如圖 2）。
第三階段從 2005 年不斷地到現在的活塞閥已經(jīng)不再是兩段式閥體了，完全可以做到一體式整體結構（如圖 3）。
2 活塞閥的結構形式
活塞式控制閥調節機構為曲柄滑塊機構 , 關(guān)閉件滑塊為圓筒或錐形的活塞�？稍陂y體內圓筒里由導軌引導沿管路中心作軸向運動(dòng)，因而改變流道面積，以實(shí)現調節流量及減壓功能。與管道的連接形式為法蘭聯(lián)接，法蘭連接尺寸、結構長(cháng)度符合相應 DIN 的要求�；钊娇刂崎y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�；钊娇刂崎y閥體為流線(xiàn)形軸對稱(chēng)流道，流體在閥體內能被很好地無(wú)紊流引導，能顯著(zhù)降低閥門(mén)的噪聲和振動(dòng)。保證閥門(mén)在高壓差下也具有良好的抗氣蝕特性，其允許氣蝕系數應不大于 0.4�；钊娇刂崎y具有優(yōu)良的線(xiàn)性調節性能，以便控制系統通過(guò)出口壓力變送器的反饋信號調控閥門(mén)，保持出水壓力的恒定�；钊娇刂崎y具有可靠的密封性能，在調節閥處于全關(guān)狀態(tài)下，保證無(wú)任何滲漏�；钊娇刂崎y在正常運行工況下，無(wú)卡阻和有害振動(dòng)現象，確保設備安全可靠運行�；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)�；钊娇刂崎y驅動(dòng)方式為電機驅動(dòng)或氣動(dòng)驅動(dòng)。
3 活塞閥的控制特性
流量系數比 kv/kvs 取決于 S/Smax 的比率，被用來(lái)評估其控制特性。調節行為受整個(gè)管道系統的總流阻系數的影響，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，管道系統的流阻系數越大，閥門(mén)的節流效果越不明顯。閥門(mén)特性曲線(xiàn)受整個(gè)管道系統流阻系數的影響，會(huì )對操作性能曲線(xiàn)起重要的作用。
式中，εα為活塞閥的流阻系數；εγ為整個(gè)管道系統的流阻系數。
活塞閥的操作性能在管道系統的不同流阻系數下，活塞閥的操作特性近似于線(xiàn)性。隨著(zhù)管道流阻系數的增加，活塞閥的控制性能也受到了極大的影響。
4 氣蝕
閥門(mén)的性能或者說(shuō)操作特性表明當工況達到了氣蝕工區，就會(huì )開(kāi)始產(chǎn)生氣蝕。氣蝕和衡量氣蝕的氣蝕系數是可以計算出來(lái)的。通過(guò)噪音釋放量和空化程度測量可以得到不同出口部件的活塞閥在不同開(kāi)度下的臨界氣蝕系數值。我們在設計工作中，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(hù)往往會(huì )忽略氣蝕帶來(lái)的風(fēng)險，嚴重時(shí)會(huì )造成爆管等事故。幸運的是，現在有足夠的手段來(lái)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(mén)選型時(shí)，VAG 的工程師會(huì )向用戶(hù)索要工況的參數，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(guò)一種名為 USECAD 的軟件進(jìn)行選型，通過(guò)軟件計算使閥門(mén)運行時(shí)院秒氣蝕工區。這無(wú)疑是一種簡(jiǎn)便高效的方法。
5 活塞閥的優(yōu)勢特點(diǎn)
（1）線(xiàn)性度好。由于閥體內部采用特殊結構設計，對于流體的流量控制特性具有良好的線(xiàn)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)行流道設計，消除汽蝕和震動(dòng)現象對管網(wǎng)的損傷，大大提高閥門(mén)和管道的使用壽命。
（3）工作可靠。合理設計的流道和密封型式，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)閉不嚴而導致泄漏或控制失效。
（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)和氣蝕現象，有效保證閥門(mén)的使用壽命。
（5）選材精良。閥門(mén)的關(guān)鍵部位如閥座、擋塊、導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。該閥先金的結構設計，合理的流道分布，使整個(gè)閥門(mén)的壓力損失降至影氐有利于節約整個(gè)管網(wǎng)的動(dòng)力消耗。
（8）操作扭矩小。閥門(mén)中的啟閉件為套閘，其運動(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(mén)所需的操力矩也很小，驅動(dòng)裝置成本可大幅降低。
（9）使用壽命長(cháng)。閥門(mén)中主要密封為金屬對屬，密封可靠，抗流體沖蝕力強，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(mén)的使用壽命大大提高。
6 活塞閥在供水工程中的廣泛應用
根據活塞閥以上特性，具有較佳的調流特性。在供水工程中的以下工況中具有優(yōu)勢：（1）引水工程中重力流管道中的調壓；（2）水廠(chǎng)進(jìn)口流量調節；（3）水廠(chǎng)濾池恒水位過(guò)濾的出水調節；（4）供水管網(wǎng)中各區域的壓力平衡；（5）供水管網(wǎng)減少漏損；（6）泵房水泵運行時(shí)流量壓力調節�；钊y作為一種多功能閥門(mén)，近年來(lái)在供水工程中的使用越來(lái)越多地得到了用戶(hù)的關(guān)注。在大多數需要調節的場(chǎng)合，使用效果較蝶閥閘閥有著(zhù)明顯的優(yōu)勢，其高效、穩定、節能的特點(diǎn)也越能突出體現。但因其造價(jià)高，曾令不少用戶(hù)望而卻步。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟整體水平的不斷提升，各地供水企業(yè)對運行管理的要求不斷地提高，相信活塞閥必將迎來(lái)更大的市場(chǎng)機遇，有著(zhù)美好的市場(chǎng)前景，活塞閥的優(yōu)勢功能將不斷被發(fā)掘，活塞閥的應用將越來(lái)越廣泛。
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