活塞閥的結(jié)構(gòu)及工作原理

 （1）概述

活塞閥是能滿足各種特殊調(diào)節(jié)要求的閥門。其調(diào)節(jié)功能是靠一個類似于活塞狀圓柱體在閥腔內(nèi)做軸向運動來實現(xiàn)的，它的行程與管內(nèi)水流方向是一致的。 水流從軸向弧狀進(jìn)入外殼，活塞閥內(nèi)的流道為軸對稱形，流體流過時不會產(chǎn)生紊流。流道面積的改變是通 過一個活塞沿管道軸向做直線運動實現(xiàn)的。無論活塞在何位置，閥腔內(nèi)的水無論活塞運動到任何位置，閥腔內(nèi)無論任何位置的水流斷面均為環(huán)狀，在出口處向軸心收縮，從而達(dá)到*防汽蝕，從而避免因節(jié)流而可能產(chǎn)生的汽蝕對閥體和管道的破壞。

（2）活塞閥的結(jié)構(gòu)及作用

活塞閥（圖23-55）閥體通常設(shè)計成一個整體， 具有高流通能力，開度與流量呈線性關(guān)系，能有效地避免汽蝕和振動。內(nèi)殼有流線型的導(dǎo)流筋和外殼相連，不銹鋼活塞被可靠導(dǎo)引滑動，杜絕產(chǎn)生傾斜或運行不暢。內(nèi)殼上游的端面為球形，使水流形成一個漸變過程，活塞用安裝在殼內(nèi)的曲柄連桿來操作。活塞閥采用金屬對金屬及金屬與橡膠雙重密封，實現(xiàn)雙向氣泡級密封，從而實現(xiàn)密封系統(tǒng)使用壽命長，關(guān)閉嚴(yán)密。

（3）活塞閥的下游出水口調(diào)節(jié)型部件類型及作用

由于活塞閥的結(jié)構(gòu)特殊，根據(jù)運行工況的不同， 閥的過水特性可以用閥下游出水口出口部件的類型來調(diào)節(jié)（可更換出口部件），從而適應(yīng)不同目的的工況要求，達(dá)到*的調(diào)流效果。出口調(diào)節(jié)型部件有四種。

①E型具有截彎取直和沿端座下游橫截面突然放大結(jié)構(gòu)，從而消除汽蝕破壞。適用午控流、高壓差、背壓大的場合，而截彎取直，橫截面突然放大結(jié)構(gòu)可以減小汽蝕效應(yīng)。

②S型其關(guān)閉的導(dǎo)向部件有開槽的套筒。適用于控流、調(diào)節(jié)高壓差及背壓大的場合，它的調(diào)節(jié)性與流體狀態(tài)匹配，可以達(dá)到較佳的效果。

③F型在閥體出口部分具有短擴(kuò)散管作用， 適用于調(diào)節(jié)及啟閉場合，起到開關(guān)作用。啟閉時水頭損失非常小，*開啟時阻力小。

④LH型或SZ型在閥腔內(nèi)的活塞關(guān)閉的導(dǎo)向部件安裝有防汽蝕的多孔環(huán)網(wǎng)，適用于調(diào)節(jié)、防汽蝕、高壓差、背壓小（蓄水池入口處）的場合，它的控流調(diào)節(jié)特性和運行工況要求*匹配，從而達(dá)到了消除汽蝕效應(yīng)。

活塞閥在引水方面可以用作泄放閥和防爆管閥， 在儲存時活塞閥LH型、E型可以用作液位或壓力調(diào) 閥，在輸水上活塞閥LH型、S型可以用作流量調(diào)節(jié)閥，E型、LH型或SZ型可用作放凈閥或灌管閥， 在污水、水處理活塞閥可以用作泵啟動保護(hù)閥，或是配備特殊的調(diào)節(jié)出口部件，也可以用在水處理廠的流量調(diào)節(jié)閥，E型活塞閥亦可以用作污水處理廠氣量調(diào)節(jié)閥，在供水上活塞閥根據(jù)液態(tài)工況采用不同的出口部件，用作壓力或流量調(diào)節(jié)閥，例如管網(wǎng)壓力平衡。

（4）活塞閥的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)'

活塞閥的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)一般有兩種標(biāo)準(zhǔn)類型滿足不同的工況，針對特殊工況，可以選擇特殊類型的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。

①扇葉圈式（圖23-56）是由均勻分布的導(dǎo)流葉片，將上游的介質(zhì)流分為多股小流，并在扇葉圈的引導(dǎo)下做螺旋流動。介質(zhì)流被迫改變流向，產(chǎn)生汽蝕的氣泡被限制在管道中央，失穩(wěn)氣泡的破裂不在管道與閥門的壁面，故而不產(chǎn)生汽蝕破壞。

②鼠籠式（圖23-57）是在活塞前部延伸出的一段帶矩形孔的圓筒，孔是對稱均布的，孔道與數(shù)量依工況而定。介質(zhì)流經(jīng)過圓柱形鼠籠節(jié)流孔道時被分成多股高速流體，沿徑向向鼠籠中心噴射對撞，由此 汽蝕被限定在鼠籠中心，因而也不會對閥門和管道產(chǎn)生汽蝕破壞。鼠籠式適合于高壓差的工況，當(dāng)下游壓力小于上游的2/3時，通常采用鼠籠式。

（5）活塞閥的特點,

①過水流量大；

②汽蝕較輕，若出口部件選用L型的多孔環(huán)網(wǎng)時，汽蝕zui弱；

③可調(diào)換閥出口部件的類型來改變水流特性；

④使用接觸式關(guān)閥止水密封圈，密封性好；

⑤關(guān)閥密封圈上只承壓而無摩擦，因而磨損很少，使用壽命長；

⑥更換活塞缸的密封座圈和關(guān)閥密封圈都較方便；

⑦活塞關(guān)閉時，有導(dǎo)向裝置支撐；

⑧活塞閥內(nèi)壓力均衡，所需的驅(qū)動力很小，不 像閘閥、球閥，作用于閥座面上的兩側(cè)水壓力無方向性，而活塞閥上、下游兩側(cè)的水壓力恰好方向相反，作用于密封面上的力為兩側(cè)的壓力差值；

⑨活塞行程距離較短；

⑩閥體為圓柱斷面，因而占據(jù)空間小，環(huán)向剛度大，抗水壓性能好；

?此閥可安裝在管道的任何位置；

©此閥的動作部件都浸于水中，因此部件的耐蝕性能要求較高，通常用不銹鋼焊接組裝；

©此閥雖可短期逆向流動，但控流有方向性； ?此閥比蝶閥重，價格高；

?此閥流阻較大；

?閥門可手動調(diào)節(jié)，也可電動及自動調(diào)節(jié)。

（6）汽蝕對活塞閥控流的影響

當(dāng)水在管道內(nèi)加速流動的過程中，水流通過一段漸縮斷面時，部分水汽化，產(chǎn)生的氣泡在活塞閥下游爆裂的現(xiàn)象為汽蝕，這種現(xiàn)象有三種不同的表現(xiàn)形式：發(fā)生噪聲；振動，從而對構(gòu)件產(chǎn)生疲勞斷裂；對閥體和管內(nèi)壁產(chǎn)生侵蝕而破壞材料組織。

至今對汽蝕程度的量度特別困難，還沒有一種標(biāo)準(zhǔn)的判別方法。至于活塞閥的汽蝕值U）的通常計算方法如下：

式中執(zhí)——閥入口處的水頭值，m;

H2——閥出口處的水頭值，m;

H——大氣壓力值以10m計）/m;

v閥體內(nèi)流速，m/s;

g重力加速度，g=9. 8m/s2。

活塞閥采用不同出口部件，其臨界汽蝕（氙）變化曲線如圖23-58所示。

按式（23-6）計算的5值在圖23-58的乳曲線下方時，說明出現(xiàn)汽蝕，這時應(yīng)改變壓力值或更換出口部件類型。當(dāng)5值在曲線上方時，汽蝕不明顯，若有噪聲則是因為其他原因造成。

（7）活塞閥的適用場合

由于活塞閥具有上述的諸多特點，具有較佳的調(diào)流特性，適用于以下場合：

①用于高流速、高壓差情況的啟閉裝置；

②供水管網(wǎng)的來水控制；

③管網(wǎng)中不同水壓區(qū)之間的輸水控制；

④水泵運行時的流量、壓力控制；

⑤水箱進(jìn)水的水位控制；

⑥水庫進(jìn)水、出水的控制；

⑦濾池進(jìn)、出水的控制；

⑧加工工藝中的水量控制；

⑨冷卻水系統(tǒng)中的水量控制。