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、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行出水流量控制，同時具有單向止回的作用，直徑為1000mm。在這十年的運行中，閥門一體閥的微阻和三偏心的特點，使出廠水流經(jīng)閥門時的損耗大為降低，節(jié)約了大量的能源。盡管閥門多次遇到外網(wǎng)停電、機泵跳閘等情況，但閥門每次都能在第一時間內(nèi)出色完成關(guān)閥任務(wù)。該閥門以獨特的第一階段快速，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)計原理，使得閥板360°圓周面上可保證各點的密封正壓力，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，閥板與基座之間通過“漸進式”自補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，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動，從而保證了閥門的高壽命、高操作靈活性和在頻繁開閉時仍具有始終如一的密封效果。

三、閥門的動力學(xué)原理與意義

　　閥板是按照流體動力學(xué)的原理特殊設(shè)計的，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，閥板將會浮在流體上面，此現(xiàn)象與飛機的飛行原理有點相似(當(dāng)飛機的飛行速度超過了其起飛速度后，飛機就會升起來，從而減少了流阻和壓損)，閥門最大的水頭損失≤3000Pa。微小流阻特性在實際運用中起到了不錯的節(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(見圖3)，即驅(qū)動軸和閥板軸是分開的，它們是通過一個空程耦合器進行耦合的，閥板軸只能在驅(qū)動軸限定的范圍內(nèi)工作。驅(qū)動軸起到限制閥板運動范圍的作用，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，可在0～90°運動，在限定范圍內(nèi)運動。當(dāng)管網(wǎng)中有浪涌時，可以通過調(diào)節(jié)驅(qū)動軸的開度位置來調(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，將閥板軸關(guān)至30%(即將驅(qū)動軸旋轉(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，閥板會在反向水流和閥板重力的雙作用下，迅速平穩(wěn)關(guān)閉，從而保護水泵。

　　同時，此閥門具有一個多重關(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條旁路有兩個分別受控于壓力補償流量的控制閥，另外兩條旁路有由滾子凸輪操縱截止閥。在閥板關(guān)閉時，順序隔離旁路，這樣在接近關(guān)閉位置時增加阻尼率。操縱截止閥的凸輪可被調(diào)節(jié)。每個階段能夠借助于流量控制閥進行調(diào)節(jié)，以確保閥門的特性可與系統(tǒng)的液壓波動特性相匹配。以保證無沖擊地關(guān)閉閥門，即閥門被延時關(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，液壓阻尼緩閉裝置上的滑桿首先快速向關(guān)閉方向移動，在將要關(guān)閉時(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。閥門在全關(guān)時，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

　　此閥門在控制部分采用了德國AUMA公司的SARM電動執(zhí)行機構(gòu)。電動執(zhí)行機構(gòu)在實際中僅起到限流作用，在限定的范圍內(nèi)，閥門的實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，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;動力學(xué)的設(shè)計原理產(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，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，低噪聲，對操作人員不構(gòu)成任何潛在危險，且在停電、機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。