我國給排水閥門的發展現狀與前景展望

 
    基礎設施建設是我國經濟建設的重點，給排水工程，特別 是污水處理工程規模浩大包括管道、閥門在內的水處理設備制造業已形成強大的水工業。為閥 門行業的發展，提供了良好契機。我國已進入WTO，全球每年需求閥門約300萬噸。要充分利用 閥門業屬勞動密集、勞動條件差、我國人均工資低廉，發達國家向發展中國家生產轉移等優 勢，積極走向世界經濟的平臺。分幾個題目簡述給排水閥門的現狀與發展。 
    目前狀況 

　　現在約有3000家的大小閥門廠，其中溫州600家，鄭州近200多 家，上海150多家，遼寧250家，江蘇、福建各200余家，盡管良莠不齊，但產品品種已達 3000多個型號，近3萬個規格。在多品種、密封性能、強度要求、調節功能、動作性能和流 通性能，特別是密封性能，都有了長足的進步，倒退十年前，城鎮供水協會的權威人士有句 行業名言說“十閥九漏”，雖然有些夸張，但確是事實。 

   造成閥門行業存在的眾多問題主要是改革開放后，市場急 速擴大，而原有國營閥門企業紛紛關停并轉，本來機械工業水平就不高，于是鄉鎮企業（民營 企業），雨后春筍般迅速發展起來，起點低，技術力量非常薄弱，設備簡陋，產品大多數都 是模仿生產，再加上市場混亂，特別是給排水用的低壓閥門，問題嚴重。近十年來，在少數閥門企業的帶動下，確有明顯進步，有 些品種甚至達到國際先進水平，還有許多企業進行二次創業。但就整體來說，差距還很大，有 很多工作要做。為此，分別作出2010年、2020年技術進步、發展規劃有著很重要的意義。 

    常用的閥門 

　　在給排水工程中，中低壓閥門廣泛應用，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。而閘閥 、蝶閥是最基本最廣泛應用的主導產品。 

　　2.1閘閥的現狀和發展 

　　閘閥使用歷史最久，至今世界各國仍在應用，特別是DN300mm 以下，在各類閥門中仍占主導地位。其特征是閥板前后壓差使閥板強制壓在出口右側的閥座 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。用于切斷管道中介質。  

　　其缺點是操作力矩大，操作時易使閥體、閥桿損壞，特別 是大口徑閘閥。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 般使用在小口徑，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，流阻變化較小，在接近全閉時，流量變化較大，一定不要在閥 門接近關閉時使用，這時很難進行流量的微調。閥門若開度極小，開口處的流速極快，會使 閘板下側產生氣蝕，并伴有激烈的振動和噪聲，長時間節流運轉，往往會使閥體和閘板的金 屬發生氣蝕。閘閥工況若處在中間開度，閥板因為是靠兩側的導軌支撐，全閉時配合緊密， 而中間位置時，閥板與導軌間隙大而產生振動。因此，即使在氣蝕發生率較低的區域，長時 間使閥門節流運轉，導軌也會發生畸形、磨耗或損壞，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，會造成壓力急劇上升或產生負壓，特別是關閥 門時水錘的產生。

　　在金屬密封閘閥基礎上，近些年來開發了橡膠軟密封閘閥 ，其特點是： 

　　（1）法體底部無凹處，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。 

　　（6）閘板互換性好。 

　　由于功能優越，國際上（特別在歐洲）需求量速增，軟密 封閘閥是30年前奧地利人發明，在歐洲每年生產50余萬臺，幾乎100％使用，是硬密封閘閥的替 代產品，其制造口徑在歐日為DN500，美國一般用到DN400，而意大利可生產到DN1200。但也有不 足，軟密封閘閥是靠對橡膠閥座進行壓縮密封的，是否關閉不好判斷，要避免關閥過緊 ，不要超過關閥扭矩為好（扭矩在標準上給出）。 

　　2.2蝶閥的現狀和發展 

　　上世紀三十年代，美國發明了蝶閥，上世紀七十年代傳入 我國，開發使用。目前世界上一般在DN300mm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，操作力矩小，安裝空間小和重量輕等特點。以DN1000為例，蝶閥約2T，而閘閥約3.5 T，且蝶閥易于各種驅動裝 

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流使用時，由于使用不當會產生 氣蝕，使橡膠座剝落、損傷等情況發生。為此，上世紀七十到八十年代國際上又開發金屬密封 蝶閥，耐氣蝕、壽命長，近幾年我國也開發了金屬密封蝶閥，但要注意，閥體、閥座和閥板 。閥座的材質不適組合時，閥座間會產生熱咬合，又不能開閉的危險。在國外還開發耐氣蝕 、低振動、低噪聲的梳齒形蝶閥。由于鑄造技術的提高，可使鑄鐵的閥體、閥板與不銹鋼閥 座鑄在一起，致使閥座部分的構造簡單，導物不積留，耐久性、可靠性大大提高。一般密封座的壽命在正常情況下，橡膠15年以上，不銹鋼金 屬約80年，綜合比較各異。但如何正確選用則要根據工況要求。蝶閥的開度與流量之間的關系，基本上呈線性比例變化。如果閥門處于節流幅度較大狀態，閥板的背面容易發生氣 蝕，有損壞閥門的可能，一般均在15度以外使用。節流側閥門下面會產生負壓，往往會出現橡 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、下水頭差所產生的力矩也不容忽視。另外，閥 門進口側裝置彎頭時，形成偏流，力矩會有增加。 

　　2.3排氣閥 

　　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。判定排氣閥的性能高低除對閥門的一般要求外有三點至關 重要： 

　　（1）在大多壓差下大孔口關閉。 

　　（2）管道中介質——水，沖上來時是否會把浮球壓住，孔 口不能關閉。 

　　（3）在低壓時（0.02MPa）是否仍在密封不漏水。 

　　排氣閥口徑的選擇需要謹慎，特別管內產生負壓時，需要 補充，使管內負壓不超過0.35kgf/cm2，否則管道會失穩破壞。 

停泵水錘防護專用閥門問題 

　　3.1水錘種類 

　　水錘從不同角度，可分為四種。按關閥歷時與水錘相μ的關系分為直接水錘和間接水錘；按水錘成因的外部條件可分為啟動水水錘、關閥水錘和停 泵水錘；按水錘水力特性可分為剛性水錘理論和彈性水錘理論兩種；按水錘波動的現象分為 水柱連續現象和水柱分離的水錘現象兩種。

根據調查統計，在城市給水和工業企業的給水泵 站中，絕大部分水錘事故都屬與停泵水錘事故。水錘事故危害性很大，會導致管道和設備的驟然炸破。由于本文只論及停泵水錘的防護，所以水錘的理論問題另做探討。一般管道末端關閥水錘是先發生高壓，后發生低壓。泵站 中停泵水錘的特點是先發生低壓后發生高壓，而且由于水泵電機旋轉部分有一定的轉動慣量， 在停電后不是立即停止而是轉速逐漸降低，仍處于水泵的工作狀態，只不過揚程和水量都逐漸下降，當揚程 降至與外部管道壓力，流量變為0以后水開始倒流，此時水泵仍在正轉受倒流水的作用，而 轉速很快下降，此階段為制動階段，進一步當水泵轉速為0以后受倒流作用，推動水泵倒轉， 而開始進入水輪機工作狀態，隨 
后壓力才逐漸升起。在整個低壓（或負壓）水錘波所延續的時間大于正常水錘 波。低壓（或負壓）波時間，一般可由4、5秒到7、8秒。當水泵出口沒有止回閥時，停泵后水可以通過水泵大量倒 流泄水，使正壓水錘壓力，有效地減小，因此在一定的情況下可以消除水錘，防止水錘事故， 但不能消除拉斷水柱的水錘。當水泵出口裝有止回閥時或水泵出口閥提早關閉，在水倒 流后水能沖擊止回閥迅速關閉，從而產生一個較大的關閥水錘，尤其當發生拉斷水柱水錘時， 回流水柱碰到關閥的止回閥上，將產生極大的水錘壓力，這是我們主要的防護對象。停泵水錘防護專用閥門要適應這一過程的特點生產制造， 而且在正常運行時水頭損失要小，安全可靠。若管道假設為剛體，水錘壓力 

式中g——重力加速度m/s； 

　　a——水錘波傳播速度，近似1000m/s； 

　　V——流速m/s； 

　　L——管道長度m。 

　　直接水錘多發生在管道較長，關閥速度較快時，所以關閥 時間T的掌握非常重要，應滿足 

　　3.2閥門的氣蝕問題 

　　用氣蝕系數δ值，來選定用作控制流量時，選擇什么樣的閥門結構型式中H1——閥后（出口）壓力m； 

　　H2——大氣壓與其溫度相對應的飽和蒸氣壓力之差m； 

　　ΔP——閥門前后的壓差m； 

　　其余符號同前。 

　　各種閥門由于構造不同，因此，容許的氣蝕系數δ也不同 。如計算的氣蝕系數大于容許氣蝕系數，則說明可用，不會發生氣蝕。如蝶閥容許氣蝕系數為 2.5，則： 

　　如δ>2.5，則不會發生氣蝕。 

　　當2.5>δ>1.5時，會發生輕微氣蝕。 

　　δ<1.5時，產生振動。 

　　δ<0.5的情況繼續使用時，則會損傷閥門和下游配管。 

　　3.3閥門的衛生要求問題 

　　自來水管道、閥門的衛生、防疫要求十分重要，目前仍沒 得到生產、施工、應用等各方面應有的重視，各種醫藥，食品現在加強了管理，但人們每天接 觸最多的水卻很少有人問津，今后是我們應解決的一個重要問題。GB5749《生活飲用水衛生標準》和GB/T17219《生活飲用水輸配 水設備及防護材料的安全性評價標準》要嚴格執行，必須有省級以上衛生防疫部門證明 ，浸泡試驗規定的21個項目和其他3個項目，涂料應進行21個規定項目和5個其它項目的衛生 要求應進行試驗。原料達到食品級。 

　　3.4閥門的防護問題 

　　為延長閥門壽命，保證閥門衛生要求，閥門金屬表面必須 作涂裝，涂層厚度要保證，涂裝工藝必須做好涂裝前的金屬表面處理，達到級（近白級），且 推薦熱噴涂。露天安裝的閥門外表面宜再涂層外面涂耐紫外線的丙烯酸涂料。 

　　不僅上述問題需要解決，還要優化流量系數，降低水頭損 失系數，并要研究提高大范圍調壓、調流（消能）的專用閥門生產技術，如：針閥（活塞閥） 、多孔閥、環噴閥（固定錐閥）、隔水有保證的導流防止器等，及進一步開發超大型蝶閥（ DN3000以上）等等。