提高液压水位控制阀稳定运行性之我见

概要：摘要：本文从液压水位控制阀的工作原理出发，从液压阀结构、安装、运行环境等方面对影响液压水位控制阀稳定运行的因素进行分析，提出了提高液压水位控制阀稳定运行的改进方案。关键词：液压水位控制阀 工作原理 稳定运行 改进方案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

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　　摘要：本文从液压水位控制阀的工作原理出发，从液压阀结构、安装、运行环境等方面对影响液压水位控制阀稳定运行的因素进行分析，提出了提高液压水位控制阀稳定运行的改进方案。

　　关键词：液压水位控制阀 工作原理 稳定运行 改进方案

　　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。

　　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.下面上的说明（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

　　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≤P₂<P₀，泄水腔压力0<C₁（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，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²ν_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

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