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再谈给排水阀门现状与发展

 
发布日期: 2008-11-8

 基础设施建设是我国经济建设的重点,给排水工程,特别 是污水处理工程规模浩大包括管

道、阀门在内的水处理设备制造业已形成强大的水工业。为阀 门行业的发展,提供了良好契
机。
  我国已进入WTO,全球每年需求阀门约300万吨。要充分利用 阀门业属劳动密集、劳动条件
差、我国人均工资低廉,发达国家向发展中国家生产转移等优 势,积极走向世界经济的平台
。分几个题目简述给排水阀门的现状与发展。
  1目前状况
  现在约有3000家的大小阀门厂,其中温州500家,郑州近200多 家,上海150多家,辽宁
250家,江苏、福建各200余家,尽管良莠不齐,但产品品种已达 3000多个型号,近3万个规格
。在多品种、密封性能、强度要求、调节功能、动作性能和流 通性能,特别是密封性能,都
有了长足的进步,倒退十年前,城镇供水协会的权威人士有句 行业名言说“十阀九漏”,虽
然有些夸张,但确是事实。
  造成阀门行业存在的众多问题主要是改革开放后,市场急 速扩大,而原有国营阀门企业纷
纷关停并转,本来机械工业水平就不高,于是乡镇企业(民营 企业),雨后春笋般迅速发展
起来,起点低,技术力量非常薄弱,设备简陋,产品大多数都 是模仿生产,再加上市场混乱
,特别是给排水用的低压阀门,问题严重。
  近十年来,在少数阀门企业的带动下,确有明显进步,有 些品种甚至达到国际先进水平,
还有许多企业进行二次创业。但就整体来说,差距还很大,有 很多工作要做。为此,分别作
出2010年、2020年技术进步、发展规划有着很重要的意义。
  2常用的阀门
  在给排水工程中,中低压阀门广泛应用,特别低压大口径 阀门(低压阀门是指公称压力
PN≤1.6MPa的阀门),而中压阀门(PN2.5-6.4MPa)较少。而闸阀 、蝶阀是最基本最广泛应
用的主导产品。
  2.1闸阀的现状和发展
  闸阀使用历史最久,至今世界各国仍在应用,特别是DN300mm 以下,在各类阀门中仍占主导
地位。其特征是阀板前后压差使阀板强制压在出口右侧的阀座 上,密封性较好,且全开时,
由于阀板不留在流路上,压力损失小。用于切断管道中介质。 
  其缺点是操作力矩大,操作时易使阀体、阀杆损坏,特别 是大口径闸阀。外形尺寸和重量
也大,DN1000口径闸阀约3200mm高,需要四个人操作,所以闸阀一 般使用在小口径,即
DN500以下使用。
  闸阀从全开到中间开度,阀门的流阻较小,接近全闭时, 流阻急剧增加。较大的范围内,
流阻变化较小,在接近全闭时,流量变化较大,一定不要在阀 门接近关闭时使用,这时很难
进行流量的微调。阀门若开度极小,开口处的流速极快,会使 闸板下侧产生气蚀,并伴有激
烈的振动和噪声,长时间节流运转,往往会使阀体和闸板的金 属发生气蚀。闸阀工况若处在
中间开度,阀板因为是靠两侧的导轨支撑,全闭时配合紧密, 而中间位置时,阀板与导轨间
隙大而产生振动。因此,即使在气蚀发生率较低的区域,长时 间使阀门节流运转,导轨也会
发生畸形、磨耗或损坏,且由于阀座不是全面接触,而接触部 位表面压力很高,往往会产生
咬蚀或粘连,因此,不宜用于流量控制。还要注意,闸阀在小 开度时,流量变化大,如果对
阀门紧急启闭,会造成压力急剧上升或产生负压,特别是关阀 门时水锤的产生。
  在金属密封闸阀基础上,近些年来开发了橡胶软密封闸阀 ,其特点是:
  (1)法体底部无凹处,流体通过截面呈直线状,不易堆积 和夹杂异物。
  (2)闸板密封面是压在阀体上进行止水的,关阀力矩小。
  (3)不因配管的弯曲和拉伸而影响密封性能。
  (4)整个阀板衬橡胶,耐腐蚀,不出锈水。
  (5)阀门可在全开通水的同时更换密封材料和O型圈。
  (6)闸板互换性好。
  由于功能优越,国际上(特别在欧洲)需求量速增,软密 封闸阀是30年前奥地利人发明,
在欧洲每年生产50余万台,几乎100%使用,是硬密封闸阀的替 代产品,其制造口径在欧日为
DN500,美国一般用到DN400,而意大利可生产到DN1200。但也有不 足,软密封闸阀是靠对橡
胶阀座进行压缩密封的,是否关闭不好判断,要避免关阀过紧 ,不要超过关阀扭矩为好(扭
矩在标准上给出)。
  2.2蝶阀的现状和发展
  上世纪三十年代,美国发明了蝶阀,上世纪七十年代传入 我国,开发使用。目前世界上一
般在DN300mm以上蝶阀已逐渐代替了闸阀。蝶阀与闸阀相比有开 闭时间短,操作力矩小,安装
空间小和重量轻等特点。以DN1000为例,蝶阀约2T,而闸阀约3.5 T,且蝶阀易于各种驱动装
置组合,有良好的耐久性和可靠性。
  橡胶密封蝶阀缺点是作节流使用时,由于使用不当会产生 气蚀,使橡胶座剥落、损伤等情
况发生。为此,上世纪七十到八十年代国际上又开发金属密封 蝶阀,耐气蚀、寿命长,近几
年我国也开发了金属密封蝶阀,但要注意,阀体、阀座和阀板 。阀座的材质不适组合时,阀
座间会产生热咬合,又不能开闭的危险。在国外还开发耐气蚀 、低振动、低噪声的梳齿形蝶
阀。由于铸造技术的提高,可使铸铁的阀体、阀板与不锈钢阀 座铸在一起,致使阀座部分的
构造简单,导物不积留,耐久性、可靠性大大提高。
  一般密封座的寿命在正常情况下,橡胶15年以上,不锈钢金 属约80年,综合比较各异。但
如何正确选用则要根据工况要求。
  蝶阀的开度与流量之间的关系,基本上呈线性比例变化。
  如果阀门处于节流幅度较大状态,阀板的背面容易发生气 蚀,有损坏阀门的可能,一般均
在15度以外使用。节流侧阀门下面会产生负压,往往会出现橡 胶密封件脱落。
  蝶阀操作力矩,因开度及阀门启闭方向不同其值各异,卧 式蝶阀,特别是大口径阀,由于
水深,阀轴上、下水头差所产生的力矩也不容忽视。另外,阀 门进口侧装置弯头时,形成偏
流,力矩会有增加。
  2.3排气阀
  旧式双孔排气阀由于排气能力小等原因,逐渐要被新型高 速进排气阀代替。
  判定排气阀的性能高低除对阀门的一般要求外有三点至关 重要:
  (1)在大多压差下大孔口关闭。
  (2)管道中介质——水,冲上来时是否会把浮球压住,孔 口不能关闭。
  (3)在低压时(0.02MPa)是否仍在密封不漏水。
  排气阀口径的选择需要谨慎,特别管内产生负压时,需要 补充,使管内负压不超过
0.35kgf/cm2,否则管道会失稳破坏。
  3停泵水锤防护专用阀门问题
  3.1水锤种类
  水锤从不同角度,可分为四种。按关阀历时与水锤相μ( )的关系分为直接水锤和间接水
锤;按水锤成因的外部条件可分为启动水水锤、关阀水锤和停 泵水锤;按水锤水力特性可分
为刚性水锤理论和弹性水锤理论两种;按水锤波动的现象分为 水柱连续现象和水柱分离的水
锤现象两种。根据调查统计,在城市给水和工业企业的给水泵 站中,绝大部分水锤事故都属
与停泵水锤事故。水锤事故危害性很大,会导致管道和设备的 骤然炸破。由于本文只论及停
泵水锤的防护,所以水锤的理论问题另做探讨。
  一般管道末端关阀水锤是先发生高压,后发生低压。泵站 中停泵水锤的特点是先发生低压
后发生高压,而且由于水泵电机旋转部分有一定的转动惯量, 在停电后不是立即停止而是转速逐渐降低,仍
处于水泵的工作状态,只不过扬程和水量都逐渐下降,当扬程 降至与外部管道压力,流量变
为0以后水开始倒流,此时水泵仍在正转受倒流水的作用,而 转速很快下降,此阶段为制动阶
段,进一步当水泵转速为0以后受倒流作用,推动水泵倒转, 而开始进入水轮机工作状态,随
后压力才逐渐升起。
  在整个低压(或负压)水锤波所延续的时间大于正常水锤 波。低压(或负压)波时间,一
般可由4、5秒到7、8秒。
  当水泵出口没有止回阀时,停泵后水可以通过水泵大量倒 流泄水,使正压水锤压力,有效
地减小,因此在一定的情况下可以消除水锤,防止水锤事故, 但不能消除拉断水柱的水锤。
  当水泵出口装有止回阀时或水泵出口阀提早关闭,在水倒 流后水能冲击止回阀迅速关闭,
从而产生一个较大的关阀水锤,尤其当发生拉断水柱水锤时, 回流水柱碰到关阀的止回阀上
,将产生极大的水锤压力,这是我们主要的防护对象。
  停泵水锤防护专用阀门要适应这一过程的特点生产制造, 而且在正常运行时水头损失要小
,安全可靠。
  若管道假设为刚体,水锤压力
式中g——重力加速度m/s;
  a——水锤波传播速度,近似1000m/s;
  V——流速m/s;
  L——管道长度m。
  直接水锤多发生在管道较长,关阀速度较快时,所以关阀 时间T的掌握非常重要,应满足
  3.2阀门的气蚀问题
  用气蚀系数δ值,来选定用作控制流量时,选择什么样的 阀门结构型式。
  
式中H1——阀后(出口)压力m;
  H2——大气压与其温度相对应的饱和蒸气压
力之差m;
  ΔP——阀门前后的压差m;
  其余符号同前。
  各种阀门由于构造不同,因此,容许的气蚀系数δ也不同 。如计算的气蚀系数大于容许气
蚀系数,则说明可用,不会发生气蚀。如蝶阀容许气蚀系数为 2.5,则:
  如δ>2.5,则不会发生气蚀。
  当2.5>δ>1.5时,会发生轻微气蚀。
  δ<1.5时,产生振动。
  δ<0.5的情况继续使用时,则会损伤阀门和下游配管。
  3.3阀门的卫生要求问题
  自来水管道、阀门的卫生、防疫要求十分重要,目前仍没 得到生产、施工、应用等各方面
应有的重视,各种医药,食品现在加强了管理,但人们每天接 触最多的水却很少有人问津,
今后是我们应解决的一个重要问题。
  GB5749《生活饮用水卫生标准》和GB/T17219《生活饮用水输配 水设备及防护材料的安全
性评价标准》要严格执行,必须有省级以上卫生防疫部门证明 ,浸泡试验规定的21个项目和
其他3个项目,涂料应进行21个规定项目和5个其它项目的卫生 要求应进行试验。原料达到食
品级。
  3.4阀门的防护问题
  为延长阀门寿命,保证阀门卫生要求,阀门金属表面必须 作涂装,涂层厚度要保证,涂装
工艺必须做好涂装前的金属表面处理,达到级(近白级),且 推荐热喷涂。露天安装的阀门
外表面宜再涂层外面涂耐紫外线的丙烯酸涂料。
  3.5
  不仅上述问题需要解决,还要优化流量系数,降低水头损 失系数,并要研究提高大范围调
压、调流(消能)的专用阀门生产技术,如:针阀(活塞阀) 、多孔阀、环喷阀(固定锥阀
)、隔水有保证的导流防止器等,及进一步开发超大型蝶阀( DN3000以上)等等。
  有关给排水阀门的现状与发展问题需要讨论的尚有很多, 由于篇幅有限,不再赘述,有不
当之处请指正。
 
 
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