基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是我國經(jīng)濟建設(shè)的重點，給排水工程，特別是污水處理工程規(guī)模浩大，WTO業(yè)已進入，西部大開發(fā)業(yè)已啟動，閥門市場前景一片大好。我國自來水事業(yè)雖然歷史有近120年，比日本還早7年，但仍有很大的缺口，需要建設(shè)，現(xiàn)狀是在我國700多個城市一半缺水，100個城市嚴重缺水。平均每年用水量將遞增700萬m3/d；特別是我國“九五"期間提出了治理環(huán)境污染的關(guān)鍵之一是污水處理，以治理三湖(太湖、巢湖、滇池)、三河為重點(淮海、遼河、海河)，并同時要求全國640個50萬人口以上的縣級市在2003年前全部至少建設(shè)一個城市一座污水處理廠，九五期間污水處理率25%，2010年要求達到46%，即1000座廠。目前全國僅在200余個地級市有污水處理廠，未來幾年將在近400余個城市建污水處理廠。至2003年要投入1800億治理城市污水，從2000年起每年要投入600億元人民幣，每年設(shè)備投資達200億，閥門也占有不小的份額，一個中等污水處理廠大約需要閥門投資600-800萬。除此之外，給水工程、水電、化工等行業(yè)需求量也是很大的。到2008年前，北京為承辦投資1800個億，其中大部用在基本建設(shè)，在基本建設(shè)中，用閥門的數(shù)量也將是可觀的。上述情況僅為國內(nèi)市場，進入WTO后，我們能見到的市場國內(nèi)僅是一小塊，更大的市場在國外，現(xiàn)在已進入全球化要充分利用我國閥門業(yè)的優(yōu)勢，積極走向世界經(jīng)濟的平臺。分幾個題目簡述閥門在我國設(shè)計、生產(chǎn)現(xiàn)狀、應(yīng)用和發(fā)展的概況。
1 目前狀況
改革開放后，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展，閥門行業(yè)也展現(xiàn)了欣欣向榮的生機。現(xiàn)在有幾千家的大小閥門廠，盡管良莠不齊，但產(chǎn)品品種已達3000多個型號，近30000個規(guī)格。在密封性能、強度要求、調(diào)節(jié)功能、動作性能和流通性能，特別是密封性能，都有了長足的進步，倒退十年，城鎮(zhèn)供水協(xié)會的人士有句行業(yè)名言說“十閥九漏"，雖然有些夸張，確實不盡人意。例：1989年9月—12月成都自來水公司進廠檢測閥門145個，合格率72.5%，1996年檢驗917個合格率88.66%，由于檢驗手段限制，不能按國家標(biāo)準驗收，如嚴格按國家標(biāo)準合格率就更低了，閘閥主要是密封性能差，蝶閥還有操作機構(gòu)可靠性差等等，這種情況確有明顯改進，現(xiàn)在球墨鑄銖、樹脂砂鑄造工藝、奧氏體不銹鋼閥軸、硬密封閥座、專用特殊閥門品種、防腐噴涂涂料的應(yīng)用，以及密封結(jié)構(gòu)設(shè)計等技術(shù)、材質(zhì)問題不少廠家已經(jīng)掌握，有些(少數(shù))廠家的一些產(chǎn)品已接近和達到水平，取代了進口產(chǎn)品，或出口國外，整體水平也在不斷提高，和*水平距離進一步縮小。但由于我國機械制造業(yè)整體水平不高，因此閥門質(zhì)量還需進一步提高。
2 常用的閥門
在城市、建筑、企業(yè)給排水工程中，中低壓閥門廣泛應(yīng)用，特別低壓大口徑閥門(低壓閥門是指公稱壓力PN≤1.6MPa的閥門)，而中壓閥門(PN2.5-6.4MPa)較少，按原理和結(jié)構(gòu)分類時(國際常用的方法)常用的閥門是蝶閥和閘閥，其他還是球閥、止回閥、排氣閥、旋塞閥、隔膜閥、減壓閥、調(diào)流閥、排泥閥等等。
2.1 閘閥的現(xiàn)狀和發(fā)展
閘閥使用歷史最久，至今世界各國仍在應(yīng)用，特別是DN300mm以下，在各類閥門中仍占主導(dǎo)地位。按閥板形狀又分平行閘閥和楔形閘閥，楔形閘閥在國際上使用比較普遍，其特征是閥板前后壓差使閥板強制壓在出口側(cè)的閥座上，密封性較好，且全開時，由于閥板不留在流路上，壓力損失小。用于要切斷管道中介質(zhì)。
其缺點是操作力矩大，操作時易使閥體、閥桿損壞，特別是大口閘閥。外形尺寸和重量也大，DN1000口徑閘閥約3200mm高，需要四個人操作，所以閘閥一般適于小口徑，即DN500以下使用。
閘閥從全開到中間開度，閥門的流阻較小，接近全閉時，流阻急劇增加。較大的范圍內(nèi)，流阻變化較小，在接近全閉時，流量變化較大，一定不要在閥門接近關(guān)閉時使用，這時很難進行流量的微調(diào)。閥門若開度極小，開口處的流速極快，會使閘板下側(cè)產(chǎn)生氣蝕，并伴有激烈的振動的噪聲，長時間節(jié)流運轉(zhuǎn)，往往會使閥體和閘板的金屬發(fā)生氣蝕。閘閥工況若處在中間開度，閥板因為是靠兩側(cè)的導(dǎo)軌支撐，全閉時配合緊密，而中間位置時，閥板與導(dǎo)軌間隙大而產(chǎn)生振動。因此，即使在氣蝕發(fā)生率較低的區(qū)域，長時間使閥門節(jié)流運轉(zhuǎn)，導(dǎo)軌也會發(fā)生畸形、摩耗或損壞，且由于閥座不是全面接觸，而接觸部位表面壓力很高，往往會產(chǎn)生咬蝕或粘連，因此，不宜用于流量控制。還要注意，閘閥在小開度時，流量變化大，如果對閥門緊急啟閉，是造成壓力急劇上升或產(chǎn)生負壓，特別是關(guān)閥門時水錘時產(chǎn)生。
在金屬密封閘閥基礎(chǔ)上，近些年來開發(fā)了橡膠軟密封閘閥，其特點是：
(1)閥體底部無凹處，流體通過截面呈直線狀，不易堆積和夾雜異物。
(2)閘板密封面是壓在閥體上進行止水的，關(guān)閥力矩小。
(3)不因配管的彎曲和拉伸而影響密封性能。
(4)整個閥板襯橡膠，耐腐蝕，不出銹水。
(5)閥門可在全開通水的同時更換密封材料和O型圈。
由于功能*，國際上(特別在歐洲)需求量速增，軟密封閘閥是30年前奧地利人發(fā)明，在歐洲每年生產(chǎn)50余萬臺，幾乎使用，是硬密封閘閥的替代產(chǎn)品，其制造口徑在歐日為DN500，美國一般用到DN400，而意大利可生產(chǎn)到DN1200。
2.2 蝶閥的現(xiàn)狀和發(fā)展
30年代，美國發(fā)明了蝶閥，50年代傳入日本，到60年代才在日本普遍采用，而在我國推廣則是70年代后的事了。目前世界上一般在DN300毫米以上蝶閥已逐漸代替了閘閥。蝶閥與閘閥相比有開閉時間短，操作為矩小，安裝空間小和重量輕。以DN1000為例，蝶閥約2T，而閘閥約3.5T，且蝶閥易與各種驅(qū)動裝置組合，有良好的耐久性和可靠性。
橡膠密封蝶閥缺點是作節(jié)流使用時，由于使用不當(dāng)會產(chǎn)生氣蝕，使橡膠座剝落、損傷等情況發(fā)生。為此，現(xiàn)在國際上又開發(fā)金屬密封蝶閥，氣蝕區(qū)減小，近幾年我國也開發(fā)了金屬密封蝶閥，在日本近年來還開發(fā)耐氣蝕、低振動、低噪聲的梳齒形蝶閥。
一般密封座的壽命在正常情況下，橡膠15年-20年，金屬的80年-90年。但如何正確選用則要根據(jù)工況要求。
蝶閥的開度與流量之間的關(guān)系，基本上呈線性比例變化。如果用于控制流量，其流量特性與配管的流阻也有密切關(guān)系，如兩條管道安裝閥門口徑、形式等全相同，而管道損失系數(shù)不同，閥門的流量差別也會很大。
如果閥門處于節(jié)流幅度較大狀態(tài)，閥板的背面容易發(fā)生氣蝕，有損壞閥門的可能，一般均在15°外使用。
蝶閥處于中開度時，閥體與蝶板前端形成的開口形狀以閥軸為中心，兩側(cè)形成完成不同的狀態(tài)，一側(cè)的蝶板前端順流水方向而動，另一側(cè)逆流水方向而動，因此，一側(cè)閥體與閥板形成似噴嘴形開口，另一側(cè)類似節(jié)流孔形開口，噴嘴側(cè)比節(jié)流側(cè)流速快的多，而節(jié)流側(cè)閥門下面會產(chǎn)生負壓，往往會出現(xiàn)橡膠密封件脫落。
蝶閥操作力矩，因開度及閥門啟閉方向不同其值各異，臥式蝶閥，特別是大口徑閥，由于水深，閥軸上、下水頭差所產(chǎn)生的力矩也不容忽視。另外，閥門進口側(cè)裝置彎頭時，形成偏流，力矩會有增加。
閥門處于中間開度時，由于水流動力矩起作用，操作機構(gòu)需要自鎖。
如圖表示蝶閥安裝在管道中的流量特性，K是除蝶閥以外的全管道的損失系數(shù)，K為零時的特性是閥門固有特性，說明K值大時，如K為100，閥門即使關(guān)閉50%，也和全開時的流量一樣。
2.3 排氣閥的改進
舊式雙孔排氣閥由于排氣能力小等原因，逐漸要被新型高速進排氣閥代替。這種浮球型閥是北京市市政設(shè)計研究院在80年代初研制成功，并通過鑒定，與此同時，日本也在差不多的時間研制成功。且我國自己研制的單孔口大、小孔排氣閥，分別按一定的方式安裝在管道上有消除管道水錘的作用。排氣能力是舊式排氣閥的幾倍。該閥內(nèi)部排氣通道對稱性要求很高，因此對安裝有較高的要求，傾角不得大于1.5度。
2.4 多功能控制閥的開發(fā)
該閥是以管道本身介質(zhì)壓力作為動力源，進行啟閉、調(diào)節(jié)，把前導(dǎo)閥及系統(tǒng)小管路不同組合，就能具有近30種功能，現(xiàn)在逐漸得到較普遍的使用。
先導(dǎo)閥靠作為控制對象的水位和壓力的變化而動作，由于導(dǎo)閥種類很多，可以單獨使用或幾個組合使用，就可以使主閥獲得對水位和水壓及流量等進行單獨或復(fù)合調(diào)節(jié)的功能。但主閥類似截止閥，閥門全開時，其壓力損失比其他閥門要大得多，且各個開度損失系數(shù)越是與全閉接近，越是劇增，閥門口徑越大就越顯著。
具有上述特性的閥門，在接近全閉時，閥瓣的動作加速，易發(fā)生水錘(水的沖擊壓)，接近全閉時，閥門動作越緩慢越好，于是可在閥瓣上設(shè)置節(jié)流機構(gòu)。另外先導(dǎo)閥的節(jié)流和動作部分要盡量避免設(shè)置特小口徑的孔口，以免堵塞。必要時要加濾網(wǎng)，定期檢修及設(shè)置旁通管路。這種閥門發(fā)展、使用前景看好。
3 兩個重要參數(shù)需要進一步加深認識閥門的流量系數(shù)和氣蝕系數(shù)是閥的重要參數(shù)，這在工業(yè)國家生產(chǎn)的閥門資料中一般均能提供，甚至在樣本里也印出。我國生產(chǎn)的閥門基本上沒有這方面資料，因為取得這方面的資料需要做實驗才能提出，這是我國和水平的閥門差距的重要表現(xiàn)之一。
3.1 閥門的流量系數(shù)
閥門的流量系數(shù)是衡量閥門流通能力的指標(biāo)，流量系數(shù)值越大，說明流體流過閥門時的壓力損失越小。
按KV值計算式
式中：KV—流量系數(shù) Q—體積流量m3/h ΔP—閥門的壓力損失bar P—流體密度kg/m3 3.2 閥門的氣蝕系數(shù)
用氣蝕系數(shù)δ值，來選定用作控制流量時，選擇什么樣的閥門結(jié)構(gòu)型式。
式中：H1—閥后(出口)壓力m
H2—大氣壓與其溫度相對應(yīng)的飽和蒸氣壓力之差m
ΔP—閥門前后的壓差m
各種閥門由于構(gòu)造不同，因此，允許的氣蝕系數(shù)δ也不同。如圖所示。如計算的氣蝕系數(shù)大于容許氣蝕系數(shù)，則說明可用，不會發(fā)生氣蝕。如蝶閥容許氣蝕系數(shù)為2.5，則：
如δ＞2.5，則不會發(fā)生氣蝕。
當(dāng)2.5＞δ＞1.5時，會發(fā)生輕微氣蝕。
δ＜1.5時，產(chǎn)生振動。
δ＜0.5的情況繼續(xù)使用時，則會損傷閥門和下游配管。
閥門的基本特性曲線和操作特性曲線，對閥門在什么時候發(fā)生氣蝕是看不出來的，更指不出來在那個點上達到操作極限。通過上述計算則一目了然。所以產(chǎn)生氣蝕，是因為液體加速流動過程中通過一段漸縮斷面時，部分液體氣化，產(chǎn)生的氣泡隨后在閥后開闊斷面炸裂，其表現(xiàn)有三：
(1)發(fā)生噪聲
(2)振動(嚴重時可造成基礎(chǔ)和相關(guān)構(gòu)筑物的破壞，產(chǎn)生疲勞斷裂)
(3)對材料的破壞(對閥體和管道產(chǎn)生侵蝕)
再從上述計算中，不難看出產(chǎn)生氣蝕和閥后壓強H1有極大關(guān)系，加大H1顯然會使情況改變，改善方法：
a.把閥門安裝在管道較低點。
b.在閥門后管道上裝孔板增加阻力。
c.閥門出口開放，直接蓄水池，使氣泡炸裂的空間增大，氣蝕減小。
綜合上述四個方面的分析、探討，歸納起來對閘閥、蝶閥主要特點和參數(shù)列表便于選用。
4 閥門標(biāo)準必須重視
現(xiàn)在國務(wù)院成立了標(biāo)準化管理委員會和標(biāo)準局，標(biāo)準化問題受到了國家的高度重視，是提高我國產(chǎn)品的重要手段，更是WTO進入的重要的應(yīng)對措施。
目前我國已有國標(biāo)1.9萬余項，地方標(biāo)準2.3萬余項，企標(biāo)8萬余項。其中采用了國際標(biāo)準的占43.5%，和國際標(biāo)準等同等效的僅占25%。
閥門專業(yè)有國標(biāo)約60項，行業(yè)標(biāo)準180余項，不少的專用、特殊閥門尚沒有國家或行業(yè)標(biāo)準，急待制定。在標(biāo)準制定方面，國家已制定了改革的方針政策，從管理體制、體系、運行機制和工作模式四方面著手。今后標(biāo)準的制定要以企業(yè)為主、開放透明、廣泛參與，增強企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和社會的廣泛重視。
5 給排水工程用閥門應(yīng)注意的幾個問題
5.1 給排水工程常用的閥門和其他行業(yè)一樣，以通用閥門為主，如蝶閥、閘閥、止回閥等，但也需要帶有專業(yè)特點的專用閥門。如排氣閥、緩閉止回閥、調(diào)流消能閥、控制閥、消防信號閥、停泵水錘消除閥(水錘消除器)，防污染止回閥、消聲閥等等。和國外比較，通用閥門的品種較齊全，但專用閥門品種差距較大需要填補。
5.2 用于給水工程閥門的內(nèi)壁涂料必須是無毒，并經(jīng)省以上衛(wèi)生防疫監(jiān)督部門認可的才能使用。
用于污水工程的閥門應(yīng)是耐腐蝕不易堵塞的，而用于排泥則更有快速開閉直通道結(jié)構(gòu)型式，如軟密封閘閥；使用蝶閥時緊固螺栓應(yīng)用奧氏體不銹鋼，凸凹部分易掛住纖維，并宜臥裝。
5.3 操作機構(gòu)宜為蝸輪蝸桿傳動，并設(shè)計為自鎖，即分度園導(dǎo)角λ要小于輪齒間的當(dāng)量摩擦角φ，而且齒面?zhèn)认兑?，不然頭部晃動。
5.4 蝶閥進水管道上設(shè)置調(diào)節(jié)閥或裝有水泵時不能離的太近，因為水流呈紊流狀態(tài)時閥門會振動。
5.5 閥門前或后彎管太近時，因為受力不平衡，影響閥座的嚴密封性。
5.6 水泵吸水管宜裝中線形蝶閥，安裝偏心蝶閥時應(yīng)臥裝為好，不然雙吸離心泵進水不平衡。
5.7 大口徑蝶閥臥裝時，扭矩要大0.2倍，配置閥門操作機構(gòu)需注意。介質(zhì)不凈宜臥裝，臥裝時閥軸兩端軸承受力條件好。
5.8 蝶閥作為調(diào)流閥使用時，15°開度內(nèi)不宜使用，會產(chǎn)生振動和氣蝕，閘閥在小開度時，關(guān)閉速度一定要慢，不然會產(chǎn)生關(guān)閥水錘。
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