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提高液压水位控制阀稳定运行性(一)

来源: 作者: 发布日期:2018-07-20 访问次数:195

 1.引言
液压水位控制阀是一种改进了的浮球阀,当水池或水塔内水位下降,浮球阀开启排水时,进水管内有压力水将阀内活塞托起,密封面打开,阀门即开启供水,当水位上升到控制面,浮球阀关闭,活塞下移将密封面封闭,阀门即停止供水,从而达到自动控制水位的目的。因其不耗电能,结构简单,安装施工方便,适用压力广等优势,在各类清水水池(水箱)的水位自动控制有着较为广泛的应用。但是由于水质和水力因素等的影响,液压水位控制阀往往失灵,轻则白白浪费水资源,重则水淹泵房,造成严重后果。提高液压水位控制阀的稳定性,保证安全供水就显得十分重要了。
2.液压水位控制阀的内部结构及作用原理
液压水位控制阀一般由浮球阀,控制管,液压阀主体组成。虽然液压控制阀主体的外观各异,材质不同,有立式和卧式安装形式等,但其内部结构和作用原理却基本相同。液压控制阀的主体由进水腔、出水口、活塞式阀芯、泄压腔、泄压口等组成,见图1。
   
设进水的水压为P0,泄压腔的压力为P1;活塞式阀芯的重力为G,活塞式阀芯泄压腔端的直径为D1,另一端的直径为D2。连通进水腔和泄压腔的小孔直径的d1,泄压口的直径为d2,活塞式阀芯与阀腔的摩擦力为f,受到的支持力为N。下面以图1中结构示意图一(结构二类似)为例,分析活塞式阀芯的受力情况如下:

设活塞式阀芯受到的合力为F,则阀芯受力矢量式为:F=F1+F2+F3+F4+f+N+G……………………………………………………………………(1)
表达为代数形式如下:
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的符号与A的符号相反。
当水池或水塔内水位下降,浮球阀开启排水时,进水腔通过小孔d1向泄压腔补水,由于补水孔d1<泄压孔d2,补水能力小于泄压能力,泄压腔的压力P1降低,阀芯支持力N1逐渐减小到消失,进水管内有压力水P0克服活塞式阀芯的重力和摩擦力将其托起,上式F>0,密封面逐渐打开,液压阀门即开启向水池(或水塔)供水。当水池水位上升到控制水面,浮球阀关闭,泄压腔补水能力大于泄压能力,N2逐渐减小,P1上升(最大至P0),上式F<0,活塞下移将密封面封闭,阀门即停止供水。液压控制阀在浮球的控制下,从而可以自动控制水位。
3.影响液压水位控制阀稳定运行的因素
3.1液压水位控制阀的安装示意图

3.2泄压腔压力变化
液压控制阀安装投入使用时,(2)式中D1、D2、d1、d2G为已知常数,影响活塞式阀芯运动的力就只有水的压力P0、P1的作用及活塞受到的摩擦力f。一般情况下:D1≥D2,d1≤d2,出水口的压力变化范围为0≤P20,泄水腔压力01(常数)≤P1≤C2~P0。通过受力分析可以看出,液压阀安全可靠的运行要求泄压腔压力要有适当的变化,当泄压腔压力达到最小时,阀芯能够上升到最大开启度位置;如果液压控制阀的活塞式阀芯坚固,能始终保持泄压腔的密闭并能进水腔口紧密结合,当浮球阀关闭,泄压腔内压力始终能上升到C2(C2约等于P0,且与液压阀结构和安装方式无关),活塞式阀芯能在水压力P1和自身的重力G作用下,克服摩擦力f下降并关闭液压阀。可见泄压腔的最小压力C1是决定液压阀是否能稳定运行的关键因素,泄压腔内压力变化的快慢决定液压阀灵敏性的高低。定义泄压腔内的最小压强C1为液压控制阀稳定运行数。当液压控制阀开启度最大,即浮球阀稳定放水时,此时泄压腔内压力P1=C1。此时通过补水小孔,泄水腔、浮球阀出口断面的流量相等;连接进水腔和泄压腔的通道进口、泄压腔内和浮球阀出水口(控制管路)等断面用伯诺里方程可以得到C1的影响因素(断面位置如图3立式液压控制阀安装示意图所示),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进+P0/γ+α1ν通2/2g=Z泄+P1/γ+α2ν泄2/2g+h损1=Z球+P球/γ+α3ν球2/2g+h损2………(4)
整理上式,推导得:
P1=C1=γ〔(Z球-Z泄)+P球/γ+(α3ν球2-α2ν泄2)/2g+(h损2-h损1)〕
=γ〔(Z进-Z泄)+P0/γ+(α1ν通2-α2ν泄2)/2g-h损3〕……………………………(5)
ω及下标:表示水流对应断面的面积
ν及下标:表示水流对应断面的液体流速
Z及下标:表示水流对应断面的几何高程
P及下标:表示水流压力
γ: 液体比重
α及下标:对应动能修整系数
h及下标:沿程及局部水头损失之和
g:  重力加速度
3.3影响液压控制阀稳定运行的因素

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