給排水閥門的現(xiàn)狀與發(fā)展

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重點(diǎn)，給排水工程，特別 是污水處理工程規(guī)模浩大包括管道、閥門在內(nèi)的水處理設(shè)備制造業(yè)已形成強(qiáng)大的水工業(yè)。為閥 門行業(yè)的發(fā)展，提供了良好契機(jī)。我國已進(jìn)入WTO，全球每年需求閥門約300萬噸。要充分利用 閥門業(yè)屬勞動(dòng)密集、勞動(dòng)條件差、我國人均工資低廉，發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家生產(chǎn)轉(zhuǎn)移等優(yōu) 勢(shì)，積極走向世界經(jīng)濟(jì)的平臺(tái)。分幾個(gè)題目簡(jiǎn)述給排水閥門的現(xiàn)狀與發(fā)展。 目前狀況 　　現(xiàn)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(chǎn)品品種已達(dá) 3000多個(gè)型號(hào)，近3萬個(gè)規(guī)格。在多品種、密封性能、強(qiáng)度要求、調(diào)節(jié)功能、動(dòng)作性能和流 通性能，特別是密封性能，都有了長足的進(jìn)步，倒退十年前，城鎮(zhèn)供水協(xié)會(huì)的權(quán)威人士有句 行業(yè)名言說“十閥九漏”，雖然有些夸張，但確是事實(shí)。 造成閥門行業(yè)存在的眾多問題主要是改革開放后，市場(chǎng)急 速擴(kuò)大，而原有國營閥門企業(yè)紛紛關(guān)停并轉(zhuǎn)，本來機(jī)械工業(yè)水平就不高，于是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)（民營 企業(yè)），雨后春筍般迅速發(fā)展起來，起點(diǎn)低，技術(shù)力量非常薄弱，設(shè)備簡(jiǎn)陋，產(chǎn)品大多數(shù)都 是模仿生產(chǎn)，再加上市場(chǎng)混亂，特別是給排水用的低壓閥門，問題嚴(yán)重。近十年來，在少數(shù)閥門企業(yè)的帶動(dòng)下，確有明顯進(jìn)步，有 些品種甚至達(dá)到國際先進(jìn)水平，還有許多企業(yè)進(jìn)行二次創(chuàng)業(yè)。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(shù)進(jìn)步、發(fā)展規(guī)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(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。而閘閥 、蝶閥是最基本最廣泛應(yīng)用的主導(dǎo)產(chǎn)品。 　　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。其特征是閥板前后壓差使閥板強(qiáng)制壓在出口右側(cè)的閥座 上，密封性較好，且全開時(shí)，由于閥板不留在流路上，壓力損失小。用于切斷管道中介質(zhì)。 　　其缺點(diǎn)是操作力矩大，操作時(shí)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(gè)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(shí)， 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(shí)，流量變化較大，一定不要在閥 門接近關(guān)閉時(shí)使用，這時(shí)很難進(jìn)行流量的微調(diào)。閥門若開度極小，開口處的流速極快，會(huì)使 閘板下側(cè)產(chǎn)生氣蝕，并伴有激烈的振動(dòng)和噪聲，長時(shí)間節(jié)流運(yùn)轉(zhuǎn)，往往會(huì)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?yàn)槭强績(jī)蓚?cè)的導(dǎo)軌支撐，全閉時(shí)配合緊密， 而中間位置時(shí)，閥板與導(dǎo)軌間隙大而產(chǎn)生振動(dòng)。因此，即使在氣蝕發(fā)生率較低的區(qū)域，長時(shí) 間使閥門節(jié)流運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)軌也會(huì)發(fā)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(huì)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(shí)，流量變化大，如果對(duì)閥門緊急啟閉，會(huì)造成壓力急劇上升或產(chǎn)生負(fù)壓，特別是關(guān)閥 門時(shí)水錘的產(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(diǎn)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(jìn)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(gè)閥板襯橡膠，耐腐蝕，不出銹水。 　　（5）閥門可在全開通水的同時(shí)更換密封材料和O型圈。 　　（6）閘板互換性好。 　　由于功能優(yōu)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(fā)明，在歐洲每年生產(chǎn)50余萬臺(tái)，幾乎100％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。但也有不 足，軟密封閘閥是靠對(duì)橡膠閥座進(jìn)行壓縮密封的，是否關(guān)閉不好判斷，要避免關(guān)閥過緊 ，不要超過關(guān)閥扭矩為好（扭矩在標(biāo)準(zhǔn)上給出）。 　　2.2蝶閥的現(xiàn)狀和發(fā)展 　　上世紀(jì)三十年代，美國發(fā)明了蝶閥，上世紀(jì)七十年代傳入 我國，開發(fā)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(shí)間短，操作力矩小，安裝空間小和重量輕等特點(diǎn)。以DN1000為例，蝶閥約2T，而閘閥約3.5 T，且蝶閥易于各種驅(qū)動(dòng)裝置組合，有良好的耐久性和可靠性。 　　橡膠密封蝶閥缺點(diǎn)是作節(jié)流使用時(shí)，由于使用不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生 氣蝕，使橡膠座剝落、損傷等情況發(fā)生。為此，上世紀(jì)七十到八十年代國際上又開發(fā)金屬密封 蝶閥，耐氣蝕、壽命長，近幾年我國也開發(fā)了金屬密封蝶閥，但要注意，閥體、閥座和閥板 。閥座的材質(zhì)不適組合時(shí)，閥座間會(huì)產(chǎn)生熱咬合，又不能開閉的危險(xiǎn)。在國外還開發(fā)耐氣蝕 、低振動(dòng)、低噪聲的梳齒形蝶閥。由于鑄造技術(shù)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(gòu)造簡(jiǎn)單，導(dǎo)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(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度以外使用。節(jié)流側(cè)閥門下面會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，往往會(huì)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(jìn)口側(cè)裝置彎頭時(shí)，形成偏流，力矩會(huì)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(jìn)排氣閥代替。判定排氣閥的性能高低除對(duì)閥門的一般要求外有三點(diǎn)至關(guān) 重要： 　　（1）在大多壓差下大孔口關(guān)閉。 　　（2）管道中介質(zhì)——水，沖上來時(shí)是否會(huì)把浮球壓住，孔 口不能關(guān)閉。 　　（3）在低壓時(shí)（0.02MPa）是否仍在密封不漏水。 　　排氣閥口徑的選擇需要謹(jǐn)慎，特別管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)，需要 補(bǔ)充，使管內(nèi)負(fù)壓不超過0.35kgf/cm2，否則管道會(huì)失穩(wěn)破壞。 停泵水錘防護(hù)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(guān)閥歷時(shí)與水錘相μ的關(guān)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(dòng)水水錘、關(guān)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(dòng)的現(xiàn)象分為 水柱連續(xù)現(xiàn)象和水柱分離的水錘現(xiàn)象兩種。 根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在城市給水和工業(yè)企業(yè)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(huì)導(dǎo)致管道和設(shè)備的驟然炸破。由于本文只論及停泵水錘的防護(hù)，所以水錘的理論問題另做探討。一般管道末端關(guān)閥水錘是先發(fā)生高壓，后發(fā)生低壓。泵站 中停泵水錘的特點(diǎn)是先發(fā)生低壓后發(fā)生高壓，而且由于水泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 在停電后不是立即停止而是轉(zhuǎn)速逐漸降低，仍處于水泵的工作狀態(tài)，只不過揚(yáng)程和水量都逐漸下降，當(dāng)揚(yáng)程 降至與外部管道壓力，流量變?yōu)?以后水開始倒流，此時(shí)水泵仍在正轉(zhuǎn)受倒流水的作用，而 轉(zhuǎn)速很快下降，此階段為制動(dòng)階段，進(jìn)一步當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速為0以后受倒流作用，推動(dòng)水泵倒轉(zhuǎn)， 而開始進(jìn)入水輪機(jī)工作狀態(tài)，隨后壓力才逐漸升起。在整個(gè)低壓（或負(fù)壓）水錘波所延續(xù)的時(shí)間大于正常水錘 波。低壓（或負(fù)壓）波時(shí)間，一般可由4、5秒到7、8秒。當(dāng)水泵出口沒有止回閥時(shí)，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(dāng)水泵出口裝有止回閥時(shí)或水泵出口閥提早關(guān)閉，在水倒 流后水能沖擊止回閥迅速關(guān)閉，從而產(chǎn)生一個(gè)較大的關(guān)閥水錘，尤其當(dāng)發(fā)生拉斷水柱水錘時(shí)， 回流水柱碰到關(guān)閥的止回閥上，將產(chǎn)生極大的水錘壓力，這是我們主要的防護(hù)對(duì)象。停泵水錘防護(hù)專用閥門要適應(yīng)這一過程的特點(diǎn)生產(chǎn)制造， 而且在正常運(yùn)行時(shí)水頭損失要小，安全可靠。若管道假設(shè)為剛體，水錘壓力式中g(shù)——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(fā)生在管道較長，關(guān)閥速度較快時(shí)，所以關(guān)閥 時(shí)間T的掌握非常重要。 　　3.2閥門的氣蝕問題 　　用氣蝕系數(shù)δ值，來選定用作控制流量時(shí)，選擇什么樣的閥門結(jié)構(gòu)型式中H1——閥后（出口）壓力m； 　　H2——大氣壓與其溫度相對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓力之差m； 　　ΔP——閥門前后的壓差m； 　　其余符號(hào)同前。 　　各種閥門由于構(gòu)造不同，因此，容許的氣蝕系數(shù)δ也不同 。如計(jì)算的氣蝕系數(shù)大于容許氣蝕系數(shù)，則說明可用，不會(huì)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(huì)發(fā)生氣蝕。 　　當(dāng)2.5>δ>1.5時(shí)，會(huì)發(fā)生輕微氣蝕。 　　δ<1.5時(shí)，產(chǎn)生振動(dòng)。 　　δ<0.5的情況繼續(xù)使用時(shí)，則會(huì)損傷閥門和下游配管。 　　3.3閥門的衛(wèi)生要求問題 　　自來水管道、閥門的衛(wèi)生、防疫要求十分重要，目前仍沒 得到生產(chǎn)、施工、應(yīng)用等各方面應(yīng)有的重視，各種醫(yī)藥，食品現(xiàn)在加強(qiáng)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(yīng)解決的一個(gè)重要問題。GB5749《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T17219《生活飲用水輸配 水設(shè)備及防護(hù)材料的安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》要嚴(yán)格執(zhí)行，必須有省級(jí)以上衛(wèi)生防疫部門證明 ，浸泡試驗(yàn)規(guī)定的21個(gè)項(xiàng)目和其他3個(gè)項(xiàng)目，涂料應(yīng)進(jìn)行21個(gè)規(guī)定項(xiàng)目和5個(gè)其它項(xiàng)目的衛(wèi)生 要求應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)。原料達(dá)到食品級(jí)。 　　3.4閥門的防護(hù)問題 　　為延長閥門壽命，保證閥門衛(wèi)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(dá)到級(jí)（近白級(jí)），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(yōu)化流量系數(shù)，降低水頭損 失系數(shù)，并要研究提高大范圍調(diào)壓、調(diào)流（消能）的專用閥門生產(chǎn)技術(shù)，如：針閥（活塞閥） 、多孔閥、環(huán)噴閥（固定錐閥）、隔水有保證的導(dǎo)流防止器等，及進(jìn)一步開發(fā)超大型蝶閥（ DN3000以上）等等。