提高液压水位控制阀稳定运行性之我见

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（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

　　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损2－h损1）〕

　　＝γ〔（Z进－Z泄）+P0/γ+（α1ν通2－α2ν泄2）/2g－h损3〕……………………………（5）

　　ω及下标：表示水流对应断面的面积

　　ν及下标：表示水流对应断面的液体流速

　　Z及下标：表示水流对应断面的几何高程

　　P及下标：表示水流压力

　　γ：液体比重

　　α及下标：对应动能修整系数

　　h及下标：沿程及局部水头损失之和

　　g：重力加速度