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  在水泵输水管路系统中,当突然停泵时,泵出口止回阀迅速关闭,致使阀出口管路中循环流速突然下降,并产生回流冲击压力,速度突变会产生冲击压力波传递,传递速度很高,可以使阀出口段压力升高至额定压力的数倍,这就是管路中的水锤现象,它可以导致阀或管道破裂,产生事故。为了避免这类事故,目前人们都是采用具有延迟关闭特性的阀门,如两阶段控制关闭蝶阀、具有子母阀板的水力控制阀、缓闭止回阀等,使阀门延迟关闭,部分水通过泵与转子部件回流以达到泄压消除水锤压力的目的。但由于泄压时间较长,回流的水长时间冲击泵的叶轮,使泵转子部件反转速度加快,时间长会损坏泵转子部件及与之相联的电机转子部件。

  为了解决以上问题,有必要设计一种装于旁通管路上的自动泄压阀,它可以在泄压时间内将回流引至泵进口,即泄压回流不再通过泵转子部件,完成泄压能自动关闭,彻底解决了泄压回流冲击泵反转的问题,并达到有效消除水锤的目的。

1、自动泄压阀的结构设计

  如图1所示,该阀由阀体、液压腔、液压管a和液压管b组成。阀体为一四通管,内有液压传动杆、下阀板、上阀板,液压传动杆两端带有螺纹。阀体下部通过联接螺钉与底盖联接,阀体上下两侧各有一个进出水口与管道联接,阀体内中部靠近上进出水口处有密封座,上阀板通过焊接与液压传动杆联接,下阀板通过螺母、液压传动杆一端的螺纹与液压传动杆联接,阀体上部通过法兰与液压腔联接。液压腔由液压腔座、液压腔盖、液压腔体和活塞组成,通过螺杆、螺母与阀体联成一体,液压腔座上有液压腔座套,活塞在液压腔体内,液压传动杆通过液压腔座套用螺母、液压传动杆一端的螺纹与活塞联接。活塞将液压腔分为上腔和下腔,活塞上有“O”形密封圈,通过活塞上的“O”形密封圈与液压腔体内壁压紧密封,使液压腔上下两腔完全隔离。液压腔盖上开有通流孔,液压管a通过通流孔与液压腔上腔接通。液压腔座上开有通流孔,与液压腔下腔连通液压管b通过通流孔与液压腔下腔接通。

旁通液压控制泄压阀的结构图

图1:旁通液压控制泄压阀结构

  在上阀板、下阀板、液压腔座套上安装“O”形密封圈,在液压腔盖与液压腔体之间的止口配合面上安装密封垫,在液压腔体与液压腔座之间的止口配合面上安装密封垫,在液压腔座与阀体之间的止口配合面上安装密封垫,在阀体与底盖之间和止口配合面上安装密封垫。在液压管a上安装过滤器、调节阀微止回阀,在液压管b上安装过滤器、调节阀。在液压腔盖上开有通流孔,通过通流孔再联接液压管c,其上装有微止回阀液压腔盖上方安装放气螺塞。液压腔盖上安装放气螺塞,可以用来放掉液压腔上腔的气体。

  图2中的液压腔由液压腔座、液压腔盖、液压腔体和膜片上板、膜片、膜片压盖组成,膜片上板、膜片、膜片压盖在液压腔体内,膜片上板在膜片上面,膜片压盖在膜片下面,液压传动杆通过液压腔座套,用螺母、液压传动杆一端的螺纹与膜片压盖、膜片、膜片上板联成一体,液压腔盖、膜片与液压腔腔体之间通过螺杆、螺母联接,膜片将液压腔分为上下两腔,并使上下两腔完全隔离。

旁通液压控制泄压阀的结构图

图2:旁通液压控制泄压阀结构

2、自动泄压阀的工作原理与功能

  具有上述结构的旁通液控泄压阀,用于输送流体管路系统中,它装在泵出口止回阀出口侧旁通泄压管道上,可实现如下功能和使用效果(见图3)。当泵处于起动状态时,与液压管接通的液压腔下腔压力高于与液压管接通的液压腔上腔压力,在压力差作用下,活塞向上移动并通过液压传动杆带动下阀板向上移动,此时,下进出水口有液体进入,并通过阀体从上进出水口流出。当活塞向上移动并通过液压传动杆带动下阀板向上移动,直至下阀板与阀体内的密封座接触时,下阀板上的“O”形密封圈5被压缩起密封作用,此时,上进出水口和下进出水口内无液体流动,此时,泵及管路系统处于正常工作状态,液压腔盖上联接的液压管可以加快液压腔内液体流动的速度,从而使这个过程迅速进行。

旁通液压控制泄压阀应用装置原理图

图3:旁通液压控制泄压阀应用装置原理图

  当突然停电时,止回阀自动关闭,此时液压腔上腔的压力大于液压腔下腔的压力,活塞在压力差的作用下向下移动并带动下阀板向下移动,“O”形密封圈失去密封作用,上进出水口内有液体流入并经阀体由下进出水口排出,同时,上阀板亦在液压传动杆的带动下同步向下移动直至与阀体内的密封座接触,“O”形密封圈被压缩起密封作用,此时,上进出水口内停止液体流入,液压作用消除。从下阀板与上阀板同时向下移动,“O”形密封圈失去密封作用开始到“O”形密封圈起密封作用这段时间就是泄压时间。

  密封垫用来保证液压腔内的液体不外泄,密封垫用来保证阀体内的液体不外泄。液压腔座套上的“O”形密封圈用以隔离液压腔与阀体内的液体。为了调节泄压时间,在液压管上装有调节阀,泄压时间可以通过调节阀来控制液压腔内上下腔液体的流入、流出速度来调节。在液压管上装有过滤器,用以过滤液体中杂质,保证液压腔内清洁。在液压管上装有微止回阀,可以用来对流入液压腔上腔的水流进行节流。该阀动作灵活,关闭时间可调(最快15s,最慢348s),对于复杂管网系统,消除水锤效果好,彻底解决了两阶段关止回阀慢关时间长、回水冲击泵反转的问题。

3、自动泄压阀的应用

  已设计制造口径80mm,150mm,300mm的3种泄压阀,公称压力1.6MPa,应用于自来水、冶金冷却循环水、石化冷却循环水管道系统,经近1年的运行证明,该阀动作灵活,关闭时间可调,对于复杂管网系统,消除水锤效果好,彻底解决了两阶段关止回阀慢关时间长、回水冲击反转的问题。说明阀的结构与性能设计方法可行,参数选择准确。

  旁通液压控制泄压阀安装在主管道中止回阀出口侧的旁通管道上,与止回阀配合使用,利用管道中有压液体来实现驱动和自动控制,彻底解决了传统的两阶段关闭阀消除水锤压力时泄流使泵转子部件反转问题。由于它具有关闭时间可调的功能,适用于各种复杂管路消除水锤压力,是一种具有应用价值的新型泄压阀。