三偏心多功能组合阀在水厂的应用

    杨树浦水厂在十年前就引入了两台德国ADAMS三偏心多功能组合阀配合出水泵进行出水流量控制，同时具有单向止回的作用，直径为1000mm。在这十年的运行中，阀门一体阀的微阻和三偏心的特点，使出厂水流经阀门时的损耗大为降低，节约了大量的能源。尽管阀门多次遇到外网停电、机泵跳闸等情况，但阀门每次都能在第一时间内出色完成关阀任务。该阀门以独特的第一阶段快速，第二阶段缓冲关阀的功能，消除了普通止回阀突然关阀而引起的水锤。

    二、阀门耐久性和密封性能

    ADAMS多功能阀从结构上说是三维偏心蝶阀，即蝶阀在三个方向上均有偏心，如图1所示。

    1）轴中心与阀体中心线相对偏心约为标称阀直径的0.25倍。

    2）轴中心与蝶板平面相对偏心，蝶板相对阀体斜置20°。

    3）轴中心与圆锥形密封基座中心线相对偏心。正是这样的设计原理，使得阀板360°圆周面上可保证各点的密封正压力，金属密封圈无须自身变形即可获得零泄漏的密封效果。阀板360°圆周面上保证最低压力角大于由阀板与基座材料所决定的摩擦角，因此杜绝了二者相互夹执、甚至卡死的现象；因温度变化而出现热胀冷缩时，阀板与基座之间通过“渐进式”自补偿方式来保持始终不变的密封效果。此外，阀门在开启和关闭时，蝶板与阀座密封副间无摩擦。阀板与基座之间不产生平面间的相对摩擦运动，从而保证了阀门的高寿命、高操作灵活性和在频繁开闭时仍具有始终如一的密封效果。

    三、阀门的动力学原理与意义

    阀板是按照流体动力学的原理特殊设计的，采用流线型结构并倾斜置于阀体内，最大限度地降低了水头损失，如图2所示。当正向流体的流量达到一定范围值内时，阀板将会浮在流体上面，此现象与飞机的飞行原理有点相似（当飞机的飞行速度超过了其起飞速度后，飞机就会升起来，从而减少了流阻和压损），阀门最大的水头损失≤3000Pa。微小流阻特性在实际运用中起到了不错的节能效果。

图2 阀板流体特性工作原理

    此ADAMS一体阀是采用二轴制系统设计（见图3），即驱动轴和阀板轴是分开的，它们是通过一个空程耦合器进行耦合的，阀板轴只能在驱动轴限定的范围内工作。驱动轴起到限制阀板运动范围的作用，使阀板有锁定状态、自由状态和限流状态，即阀板不能转动，可在0～90°运动，在限定范围内运动。当管网中有浪涌时，可以通过调节驱动轴的开度位置来调节水的流量，从而调节水的压力，起到恒定水压的作用。当要停泵时，将阀板轴关至30%（即将驱动轴旋转角度关至30%），再停泵，以减少对水泵的冲击。当产生反向水流时，阀板会在反向水流和阀板重力的双作用下，迅速平稳关闭，从而保护水泵。

    同时，此阀门具有一个多重关闭速率和可调节的液压阻尼系统，如图4所示，包括一个液压缸、可调节关闭弹簧和在阀关闭行程最后阶段调节阀关闭特性的速度控制阀。此装置有3条在关闭过程中让液压油从液压缸回流至贮存箱的旁路。液压系统原理如图5所示，其中1条旁路有两个分别受控于压力补偿流量的控制阀，另外两条旁路有由滚子凸轮操纵截止阀。在阀板关闭时，顺序隔离旁路，这样在接近关闭位置时增加阻尼率。操纵截止阀的凸轮可被调节。每个阶段能够借助于流量控制阀进行调节，以确保阀门的特性可与系统的液压波动特性相匹配。以保证无冲击地关闭阀门，即阀门被延时关闭，消除水锤，此关闭速率由液压回路中的截止阀C、D和速度控制阀A、B来完成的，A、B阀均为10级可调。当水泵突然停止工作时，液压阻尼缓闭装置上的滑杆首先快速向关闭方向移动，在将要关闭时（阀门开度大约为8%），滑杆应转为缓慢向关闭方向移动。阀门在全关时，无任何撞击声音，且水泵轴无任何明显的快速反转。

图5 液压系统原理图

    五、阀门的控制特点

    此阀门在控制部分采用了德国AUMA公司的SARM电动执行机构。电动执行机构在实际中仅起到限流作用，在限定的范围内，阀门的实际开度取决于正向水流的流量。也就是说如果控制电源失电或控制信号掉失，阀板所处状态不受影响，且当逆向水流产生时，阀门能立即关闭。因而阀门可靠性高，使阀门具备止回、截止和限流的多重作用。

    六、结语

    ADAMS三偏心多功能组合阀的三偏心技术保证了零泄漏和无摩擦的效果；动力学的设计原理产生微小流阻特性，达到了节能减排的效果；二轴制系统和液压阻尼缓闭装置的设计，摒弃了传统的重锤结构，使得整体结构紧凑，占空间小，工作平稳，无振动，低噪声，对操作人员不构成任何潜在危险，且在停电、机泵跳闸等情况下能迅速平稳关闭。ADAMS阀门在杨树浦水厂的十年运行中表现良好，为优化供水系统，达到安全供水和节能减排起到了积极作用。