第四节 水电站其他常用阀门
一、截止阀
1.工作原理
截止阀关闭时,阀杆顺时针方向旋转,阀瓣紧压在阀体中的阀座上,切断介质通路;开启时,阀杆逆时针方向旋转,阀瓣被阀杆提起,流体通路打开,一般用手轮操作,也可用电动操作。截止阀的阀座通口变化与阀瓣行程成正比关系,阀瓣启闭行程较短,所以非常适合用于切断水流或调节流量。
2.结构
截止阀主要由阀体、阀盖、阀杆、阀瓣、阀杆螺母和操作手轮等组成。按阀体结构分为直通式、直流式和直角式,如图1-26所示,其中直流式损失最小。
3.主要特点
(1)结构简单,操作灵活,维护方便,对流量的调节性能较好。
(2)阀瓣与阀体密封面的摩擦力小,耐磨,制造工艺性较好,止水性能好。
(3)操作行程短,开启高度小,一般仅为阀座通道直径的1/4。
(4)流道不平直,阻力系数较大(约为闸阀的5～10倍),阀瓣易受冲蚀。
(5)关闭时,阀瓣运动需克服流体的压力,所需力矩较大。
图1-26 截止阀
(6)只允许单向流动,安装时要求流体流动方向与阀体上箭头一致,不宜倒装。
4.应用范围
截止阀主要用于直径较小的高温、高压及对流动阻力要求不严的管路中作截流或调节流量。直流式截止阀适用于黏性介质或腐蚀性介质,水电站中常用直通式截止阀。
二、旋塞阀
1.工作原理
旋塞阀由带通孔的阀塞绕垂直于通道轴线的阀杆旋转,从而达到启闭流道的目的,常用于截断或开启管道中的液流,也可作一定程度的节流用。
2.结构
旋塞阀主要由阀体、阀塞、阀杆、阀盖和手柄组成,阀塞有圆柱体和圆锥体等,按通道可分为直通式、三通式和四通式等,如图1-27所示,三通式和四通式主要用于流体的分配和换向。三通式按通道形状又分为L形和T形,靠精加工的金属阀塞与阀体接触来实现密封,旋转阀塞可改变液流通路。
图1-27 旋塞阀
3.主要特点
(1)结构简单,维修方便,体积小,重量轻,价格低。
(2)阻力系数小,启闭迅速,操作轻便,运行稳定,不受安装方向限制。
(3)普通旋塞阀密封性能较差,易磨损。
4.应用范围
旋塞阀适用于低压(≤1MPa)和小口径(≤100mm)管道上经常操作的地方。在水电站中,直通式旋塞阀多用于开启和关闭管道中的流体,有时也用于节流,三通式旋塞阀主要用于测量仪表,作为测量、放气和切断之用。
三、止回阀
1.工作原理
止回阀又称逆止阀或单向阀,是防止管道中介质倒流的阀门,内装只允许单方向开启的阀瓣,依靠介质本身的压力自动启闭,当倒流发生时,阀瓣自动关闭。在管路系统中,止回阀用于防止流体倒流、防止水泵和驱动电动机反转,以及防止容器内流体泄放。在两种不同工作压力的系统之间,通过加装止回阀,可实现低压系统向高压系统进行预充,并避免高压系统的流体进入低压系统而损坏设备。
2.结构类型
(1)气系统止回阀:气系统中的止回阀按流动方向可分为直通式和直角式两种,如图1-28所示,主要由阀体、阀芯和弹簧组成。在止回阀前后一般需要装设闸阀或截止阀,以便于检修。
图1-28 气系统止回阀
(2)水系统止回阀:水系统中的止回阀按结构不同可分为升降式和旋启式两种,如图1-29所示,升降式的阀瓣沿着阀体垂直中心线上下移动;旋启式的阀瓣绕着阀座上的销轴旋转。升降式只能安装在水平管道上,旋启式除水平安装外,还可垂直安装,但水流方向应自下而上,安装时要使水流流动方向与阀体上箭头一致。
图1-29 水系统止回阀
图1-30 梭式止回阀
对于水平安装的旋启式止回阀,由于阀瓣压向阀座的力比升降式少了阀瓣的自重,因此,在低压情况下,其密封性不如升降式好,但水力损失小,水流方向没有大的改变,故多用于中、高压或较大管径的场合。
在水电站中还有一种使用较多的梭式止回阀(静音止回阀),常安装于水泵出水口处,以防止停泵时水倒流及水击压力对水泵造成损害。棱式止回阀的基本结构如图1-30所示,其内部水流通路为流线型,开启时水头损失小,阀瓣的关闭行程很短,停泵时阀门关闭迅速,可有效降低水击危害,避免因水击而产生较大噪声。
(3)底阀:底阀是一种特殊的止回阀,安装在水泵吸水管的底端,可防止管道内水体倒流,与普通止回阀不同之处在于底阀下端是开敞的,且装有拦污栅。
图1-31 底阀
底阀由阀盖、阀瓣、密封圈等部件组成。阀盖上设有由进水孔和加强筋做成的拦污栅,可防止污物堵塞管道,并起支撑作用。底阀有升降式和旋启式两种,如图1-31所示,常用升降式。水泵启动时,水从阀盖进入阀体,在水压力的作用下阀瓣打开,使水通过底阀进入水泵吸水管;水泵停止时,阀瓣受自重和反向水压力作用迅速关闭,从而阻止管道内的水体倒流。
四、安全阀
1.工作原理安全阀是防止介质压力越限、起安全保护作用的阀门,用于承受内压的管道或容器上。当被保护设备内介质的压力升高到规定数值(开启压力)时,安全阀自动开启,排放部分介质,防止压力继续升高;当介质压力降到规定数值(回座压力)时,又自动关闭,以避免压力过度降低,从而保证设备的正常进行。
2.结构
安全阀按阀瓣开启的高度分为微启式和全启式,按加于阀瓣的负荷方式又为杠杆重锤式、弹簧式和先导式。在水电站中,广泛采用弹簧式,其中水系统多为封闭弹簧微启式,气系统多为封闭弹簧全启式,封闭是指排除的介质不外泄,全部沿着出口流到指定的地方。图1-32所示为弹簧微启式安全阀的结构图,它是利用压缩弹簧力来平衡阀瓣压力并使之密封,通过调节弹簧的压缩量来调整压力。
弹簧式安全阀具有体积小、重量轻、灵敏度高及安装位置不受严格限制等优点。
图1-32 弹簧微启式安全阀
选择安全阀时,一般按安全阀在高出工作压力5%～10%时动作,且泄放管内可能通过的全部最大流量来考虑。
五、减压阀
1.工作原理
减压阀是用来将进口压力减小至所需要的出口压力,并使其自动保持在允许范围内的阀门,其原理是介质通过阀瓣时产生阻力,造成损失,并通过阀后压力的反馈作用,使进口压力降低至需要的出口压力。当阀前压力变化时,通过敏感元件(弹簧或膜片等)来自动调整阀瓣的开度,从而使阀后压力保持稳定。
2.结构
根据介质作用力的差异,减压阀可分为如下几类:
(1)正作用式:介质作用力使阀瓣趋于开启,主要用于小口径。
(2)反作用式:介质作用力使阀瓣趋于关闭,通常用于中等口径。
(3)卸荷式:介质作用于阀瓣上的合力趋于零,适用范围较广。
(4)复合式:带有副阀,适用高压和较大口径。
图1-33所示为水电站中常用的复合式减压阀,动作原理为:调节调整螺钉顶开副阀瓣,介质由进口通道经副阀进入活塞上腔,因活塞面积大于主阀瓣的面积,则活塞下移,使主阀瓣开启,介质流向出口,并同时进入膜片下方,出口压力逐渐上升直至所要求数值时,与弹簧力平衡。如果出口压力增高,膜片下方的介质压力大于调节弹簧的压力,膜片向上移动,副阀瓣则向关闭方向移动,使流入活塞上腔的介质减少,压力亦随之下降,导致活塞与主阀瓣上移,减小了主阀瓣的开度,出口压力也随之下降,达到新的平衡。反之,当出口压力下降时,则主阀瓣向开启方向移动,出口压力随之上升,达到新的平衡。因此,只要调整螺钉的位置适当,就可使出口压力自动维持在所需要的范围内。
减压阀根据进口压力、出口压力及公称直径来选取,且要注意适用的介质类型。安装时,要分清高低压侧,安全阀应装在低压侧。
六、液压操作阀
1.工作原理
液压操作阀是一种用油压操作启闭的截止阀,一般与电磁配压阀组合使用,通过电磁配压阀控制压力油流向,推动活塞移动,使与活塞相连的阀瓣移动,从而实现截止阀的启闭操作。液压操作阀常用于水电站的油、气、水系统管路上,借以实现管路内流体通过或截止的远距离控制。
图1-33 复合式减压阀
2.结构
液压操作阀主要由截止阀本体和液压操作机构两部分组成,如图1-34所示。图1-34(a)中截止阀的阀瓣由铸青铜制成,当截止阀关闭时,阀瓣与橡胶制成的密封环压紧,以保证密封性。液压操作机构由油缸和活塞组成,活塞与阀杆连接,控制压力油直接引到活塞上下的两个腔内,操作活塞上下移动,借以实现截止阀的启闭操作。图1-34(b)中的油阀主要用于油系统中,当活塞上腔接通压力油时,截止阀关闭,当失去操作油压时,截止阀能在管道中油压的作用下自动开启。
图1-34 液压操作阀
七、水力控制阀
1.工作原理
水力控制阀是以两侧管道中的水压差为动力进行启闭和调节的阀门,一般由导阀控制,使隔膜(活塞)在水压差、重力和弹簧共同作用下运动,从而使阀门全开、全关或处于中间某个调节状态,实现对水位、水压或流量等的单独和复合调节。
2.结构
水力控制阀一般由一个主阀门和附设的导管、导阀、针阀、球阀和压力表等组成。主阀门类似于截止阀,但由于附属元件较多,所以全开时的水力损失比截止阀要大。导阀种类较多,可以单独使用或组合使用。
水力控制阀分隔膜型和活塞型两类,如图1-35所示,主阀门口径在300mm以下的多采用隔膜型,而口径在300mm以上的多采用活塞型。
3.应用范围
水力控制阀多用于工业、消防和生活供水系统,可实现阀门启闭操作、水流减压调节、止回阀缓闭消声、流量自动调节、管道水流泄压、水流压力保持、紧急关闭、水泵出口控制和压差旁通平衡等功能。
4.水电站中常用的水力控制阀
图1-35 水力控制阀
(1)紧急关闭阀:如图1-36所示,利用水的作用力实现阀门的自动关闭和开启,常用于消防与生产和生活共用管路的供水系统中。正常情况下,上游水流通过微型滤水器、针阀进入主阀门控制室,并经过导阀和球阀排至下游,此时管道供生产和生活用水。当消防系统启动时,管道中水压升高超过设定值时,导阀关闭,主阀门控制室水压升高,自动关闭主阀门,切断生产和生活用水,从而避免生产和生活用水设备因水压升高而损坏。当消防供水结束后,管道水压下降至设定值时,导阀开启,主阀门控制室的水排至下游,由于导阀的排水量大于针阀的进水量,则控制室水压下降,自动开启主阀门,恢复生产和生活供水。
图1-36 紧急关闭阀
图1-37 水泵出口控制阀
(2)水泵出口控制阀:如图1-37所示,该阀安装在水泵出口处,除具有一般止回阀功能外,当水泵启动后,压力上升到设定值时,主阀门才缓慢开启,防止水压突然升高而损坏用水设备,并避免水泵启动时产生大电流冲击,实现水泵闭阀启动;当水泵停止时,快速关闭大阀瓣,即关闭主阀门开度的90%,此时小阀瓣还未关闭,部分水流可从大阀瓣上的泄流孔流回水泵,避免产生过大的水击压力;随着倒流进入控制室上腔,在水压的作用下,小阀瓣缓慢关闭泄流孔,完成剩余10%开度的关闭,防止水泵倒转,并避免产生水击噪声。在水泵正常运行过程中,由于水压的作用,主阀门全开,水力损失很小。