新型带先导球阀的截止阀的原理与性能

1、概述
    目前，国内的截止阀大多采用手轮或电动装置驱动。采用手轮驱动截止阀开启或关闭时，动作缓慢，劳动强度大，自动化程度低，不利于阀门的集成控制，且易造成由于误操作引起的安全事故。采用普通电动装置开启和关闭截止阀时，机构庞大，能耗大，成本高，应用在输油或化工易燃易爆流体的管路上时，不便维修且存在事故隐患。因此研制了新型带先导球阀的截止阀。该阀能够达到普通截止阀的基本功能，具有操作灵活省力、精度高、动作快、不锈蚀、安装简单、使用寿命长和维护方便等优点。

    2、阀门结构
    带先导球阀的截止阀有手动控制和电动控制两种类型。手动带先导球阀的截止阀由阀体、阀瓣、阀盖、导向套、密封圈、弹簧和导流管等零部件组成。阀瓣呈直圆筒形，阀瓣底部有底孔，阀体下部设有排污孔，该孔安装有密封螺母。阀瓣底孔的孔径小于导流管的内径，阀瓣上部有压环。
    带先导球阀的截止阀无手轮、阀杆和内升降螺母，将导向块与导向槽改为导向套，将盘形阀瓣改为类钵体形阀瓣，并在底部开阀瓣孔，将阀盖原阀杆孔改为导流孔，因增加压环、密封圈和将阀瓣改为类钵体，使上通流腔分隔为上腔、外腔、内腔，在上腔与外腔的外部加设有导流管与不锈钢手动球阀，在盖板与阀瓣底的中心部加设弹簧，阀瓣上部加设压紧密封圈的压环，在外腔的壁上开有放水孔。对于电动控制的截止阀，只需将先导控制的手动球阀用3～5V直流电机驱动即可。
    
    3、工作原理
    由伯努利方程可知，当流体流动断面发生变化时，包括断面收缩和扩张等，流体会产生流动阻力，相应的流体压力会下降。带先导球阀的截止阀即为一种压差阀门，利用介质自身的压力为动力、利用压差推动阀瓣完成阀瓣的启闭，使得采用较小的启闭阀完成相对大阀门的启闭。
    假定先导阀门的初始状态为关闭，导流管不通。由于阀瓣底部与进口相通，此时进口压力和阀瓣内压力一致，则阀瓣在自重以及弹簧力的作用下下落与阀座闭合，截止阀处在关闭状态。
    当打开先导阀门，阀瓣与出口相通，水外流，此时上部水压下降（两者压力相等，均为P2），由于进口压力P1与出口压力P2存在压力差，则进口压力P1将阀瓣顶起，打开阀门。由于导流管直径大于底孔的孔径，因此，即使有阀瓣底孔的存在，进口管的压力P1始终大于阀瓣内的压力（抵消阀瓣自重和弹簧力的作用），因而阀瓣不会下落，而保持全通开启，从而保证zui大通量的流体通过。
    当关闭先导阀门，阀瓣与出口断开。经过一定时间后，流入进口的水经阀瓣底孔注入阀瓣的内腔，至两者压力平衡时，在阀瓣重力及弹簧力作用下，阀瓣再次与阀座闭合，阀门关闭。需要放水时，可以通过阀体上的放水孔将水排放干净，从而保证水不结冰，阀门不生锈。如此循环往复，即可实现阀门的关闭和开启。

    4、性能测试
     通过试验测试，带先导球阀的截止阀开启时间10～15s，关闭时间10～20s，开启压力0.01MPa，对于电动控制阀门，利用先导技术，以3～5V直流电机可以实现阀门的开启和关闭，其电耗约为普通电控阀门的2%。该阀具有结构紧凑，密封性能好，操作省力，维护方便的特点。

    5、结语
    带先导球阀的截止阀是一种新型的截止阀。其核心技术是合理确定其导流管直径与阀瓣底孔孔径的比值，该比值决定了阀瓣的动作性能和动作能耗。若比值远大于1，则配置的先导球阀规格就大，驱动能耗就会上升。若比值等于或小于1，则阀门不能维持开启状态。同时，可以利用调整阀瓣的自重、弹簧的弹力以及阀瓣的底孔大小来确定阀门的开启压力和启闭时间。