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                                              提高液壓水位控制閥穩定運行性(一)

                                              來源: 作者: 發布日期:2018-07-20 訪問次數:1053

                                               1.引言
                                              液壓水位控制閥是一種改進了的浮球閥,當水池或水塔內水位下降,浮球閥開啟排水時,進水管內有壓力水將閥內活塞托起,密封面打開,閥門即開啟供水,當水位上升到控制面,浮球閥關閉,活塞下移將密封面封閉,閥門即停止供水,從而達到自動控制水位的目的。因其不耗電能,結構簡單,安裝施工方便,適用壓力廣等優勢,在各類清水水池(水箱)的水位自動控制有著較為廣泛的應用。但是由于水質和水力因素等的影響,液壓水位控制閥往往失靈,輕則白白浪費水資源,重則水淹泵房,造成嚴重后果。提高液壓水位控制閥的穩定性,保證安全供水就顯得十分重要了。
                                              2.液壓水位控制閥的內部結構及作用原理
                                              液壓水位控制閥一般由浮球閥,控制管,液壓閥主體組成。雖然液壓控制閥主體的外觀各異,材質不同,有立式和臥式安裝形式等,但其內部結構和作用原理卻基本相同。液壓控制閥的主體由進水腔、出水口、活塞式閥芯、泄壓腔、泄壓口等組成,見圖1。
                                                 
                                              設進水的水壓為P0,泄壓腔的壓力為P1;活塞式閥芯的重力為G,活塞式閥芯泄壓腔端的直徑為D1,另一端的直徑為D2。連通進水腔和泄壓腔的小孔直徑的d1,泄壓口的直徑為d2,活塞式閥芯與閥腔的摩擦力為f,受到的支持力為N。下面以圖1中結構示意圖一(結構二類似)為例,分析活塞式閥芯的受力情況如下:

                                              設活塞式閥芯受到的合力為F,則閥芯受力矢量式為:F=F1+F2+F3+F4+f+N+G……………………………………………………………………(1)
                                              表達為代數形式如下:
                                              F=P0D22π/4+P2(D12π/4-D22π/4)-P1D12π/4±f-G±N
                                              =(P0D22-P1D12)π/4±f-G+P2(D12-D22)π/4±N
                                              =A±f-G±N+B……………………………………………………………………(2)
                                              (2)式中A=(P0D22-P1D12)π/4,B=P2(D12-D22)π/4;f的符號與A的符號相反。
                                              當水池或水塔內水位下降,浮球閥開啟排水時,進水腔通過小孔d1向泄壓腔補水,由于補水孔d1<泄壓孔d2,補水能力小于泄壓能力,泄壓腔的壓力P1降低,閥芯支持力N1逐漸減小到消失,進水管內有壓力水P0克服活塞式閥芯的重力和摩擦力將其托起,上式F>0,密封面逐漸打開,液壓閥門即開啟向水池(或水塔)供水。當水池水位上升到控制水面,浮球閥關閉,泄壓腔補水能力大于泄壓能力,N2逐漸減小,P1上升(最大至P0),上式F<0,活塞下移將密封面封閉,閥門即停止供水。液壓控制閥在浮球的控制下,從而可以自動控制水位。
                                              3.影響液壓水位控制閥穩定運行的因素
                                              3.1液壓水位控制閥的安裝示意圖

                                              3.2泄壓腔壓力變化
                                              液壓控制閥安裝投入使用時,(2)式中D1、D2、d1、d2G為已知常數,影響活塞式閥芯運動的力就只有水的壓力P0、P1的作用及活塞受到的摩擦力f。一般情況下:D1≥D2,d1≤d2,出水口的壓力變化范圍為0≤P20,泄水腔壓力01(常數)≤P1≤C2~P0。通過受力分析可以看出,液壓閥安全可靠的運行要求泄壓腔壓力要有適當的變化,當泄壓腔壓力達到最小時,閥芯能夠上升到最大開啟度位置;如果液壓控制閥的活塞式閥芯堅固,能始終保持泄壓腔的密閉并能進水腔口緊密結合,當浮球閥關閉,泄壓腔內壓力始終能上升到C2(C2約等于P0,且與液壓閥結構和安裝方式無關),活塞式閥芯能在水壓力P1和自身的重力G作用下,克服摩擦力f下降并關閉液壓閥??梢娦箟呵坏淖钚毫1是決定液壓閥是否能穩定運行的關鍵因素,泄壓腔內壓力變化的快慢決定液壓閥靈敏性的高低。定義泄壓腔內的最小壓強C1為液壓控制閥穩定運行數。當液壓控制閥開啟度最大,即浮球閥穩定放水時,此時泄壓腔內壓力P1=C1。此時通過補水小孔,泄水腔、浮球閥出口斷面的流量相等;連接進水腔和泄壓腔的通道進口、泄壓腔內和浮球閥出水口(控制管路)等斷面用伯諾里方程可以得到C1的影響因素(斷面位置如圖3立式液壓控制閥安裝示意圖所示),有各下列各式成立:
                                              ω通ν通=ω泄ν泄=ω球ν球
                                              d12ν通=D12ν泄=d球2球…………………………………………………………………………(3)
                                              Z進+P0/γ+α1ν通2/2g=Z泄+P1/γ+α2ν泄2/2g+h損1=Z球+P球/γ+α3ν球2/2g+h損2………(4)
                                              整理上式,推導得:
                                              P1=C1=γ〔(Z球-Z泄)+P球/γ+(α3ν球2-α2ν泄2)/2g+(h損2-h損1)〕
                                              =γ〔(Z進-Z泄)+P0/γ+(α1ν通2-α2ν泄2)/2g-h損3〕……………………………(5)
                                              ω及下標:表示水流對應斷面的面積
                                              ν及下標:表示水流對應斷面的液體流速
                                              Z及下標:表示水流對應斷面的幾何高程
                                              P及下標:表示水流壓力
                                              γ: 液體比重
                                              α及下標:對應動能修整系數
                                              h及下標:沿程及局部水頭損失之和
                                              g:  重力加速度
                                              3.3影響液壓控制閥穩定運行的因素

                                              15050763866
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