德国ERHARD针阀在水厂的应用

摘要：城市给水系统中，控制阀门在开关、调节和控制方面发挥重要作用。本文以石家庄市引岗黄水库水供水二期工程中的实际应用为例，阐述了德国ERHARD公司的鼠笼式针阀在避免气蚀、调节水量和配合控制方面的应用。

关键词：给水 针阀 气蚀 流量调节

1 概述

2002年石家庄市引岗黄水库水供水二期工程在建设西南加压站时，考虑到当时工况条件和工艺情况，选用了德国ERHARD公司的鼠笼式针阀。鼠笼式针阀是一种有特殊功能的控制阀门，具有较高的设计水平和可靠性，多年来在给水的供应传输及水利安全控制方面有非常优秀的成果。它的采用很好地解决了工艺难题，并且和水厂监控系统很好的配合，发挥了重用的作用。

2 选型

2.1 ERHARD针阀性能优点

2.1.1 线形流道：ERHARD针阀采用流道流线型设计，线性度特别好，可以很稳定的引导水流。其他同类阀门由于是偏心撞击式设计，水流的导流性较差。

2.1.2 压头损失：与ERHARD针阀相比，其他阀门开孔率明显小，压头损失较高。当用于特定调流和减压工况，在相同条件下，ERHARD针阀采用较小尺寸就可满足工况。

2.1.3 密闭性：ERHARD针阀的密闭线圈位于活塞行程的末段，只有在阀门完全关闭时才起到作用，当阀芯在其他位置时不起作用，这样保证了耐用年限。

2.1.4 驱动装置：ERHARD针阀所配备的齿轮驱动箱是密闭的，符合IP67的标准。所有部件安装在密闭箱里，在使用寿命内不用再加油。其他同类阀门的驱动杆一般在外边，如果因某种原因将油冲走就必须进行维护。

2.2 工况分析

在工程设计中选择调流阀，往往将其流通能力的设计容量考虑的过大，从而使选定的阀门口径比实际需要偏大，这样不但造成经济上的浪费，而且会影响到阀门的调节性能。另外，阀门长期在小开度状态下运行，会发生气蚀，产生振动和噪音，从而降低了阀门的使用寿命。为了避免上述情况，根据工程的基本参数、ERHARD公司提供的资料及鼠笼式针阀的结构特点，我们选择了口径DN700，DN800的两种针阀进行比较和技术分析。

工况条件：

最大流量：Qmax=1.4m3/s(单管线运行时75%的设计流量)

正常工作最大流量：Qnmax=0.93m3/s

正常工作最小流量：Qnmix=0.7m3/s

阀前最高水头：P1max=25m

阀前最低水头：P1mix=11m

阀前较高水头（经常）：P1max（经常）=21m

阀前较低水头（经常）：P1mix（经常）=14m

阀后最高水头：P2max=3.5m（清水池高水位）

阀后最低水头：P2mix=1.0m（清水池进口堰上水位）

钢管直径：DN1000mm

针阀至清水池距离：20m

下表是对两种不同型号的针阀在不同工况条件下的性能分析：

从两种口径的参数比较表看，DN700针阀无论从流量范围、开度等技术参数，还是从造价方面考虑都优于DN800针阀。故此，我们选用了DN700针阀。两种针阀在压差大的工况条件下，都产生气蚀现象。DN800针阀在最大流量时，气蚀程度略低于DN700针阀。但是设计考虑的最大流量是指在一根进水管发生故障时，单管管线保证75%的总水量的情况，实际上很少发生，因此在选型时不作为主要工况考虑。

3 气蚀的消除

因加压站离水源地较远且有很大的地理落差，水在输送过程中容易产生气蚀，造成设备的损坏。气蚀现象可以分为两个阶段。第一阶段，当液体在缩流处的静压力降低到小于等于该液体在阀门入口温度下的饱和蒸汽压力时，部分液体汽化生成气泡或空腔，称为闪蒸；第二阶段，产生的气泡或空腔向缩流处的后面流去，流束截面逐渐扩大，液体压力逐渐恢复，当恢复到高于液体在阀门入口温度下的饱和蒸汽压力时，形成的气泡迅速破裂而液化，这个过程称为空化。由于气泡和空腔迅速爆裂，所有的能量集中在破裂点上，产生巨大的冲击力，冲撞在阀芯、阀座和阀体上，使其表面产生塑性变形，形成一个个蜂窝渣孔，便是气蚀的形成过程。

我们选用的鼠笼式针阀的一些特殊装置有效避免气蚀的损坏。鼠笼式针阀的出口处是一个象鼠笼一样均匀分布着条状孔口的圆柱体，他的内部阀体是坚固的球体，压力平衡分离控制活塞由阀体内长金属导轨引导且不受沉淀物的影响。这样，即使在节流位置也能保证安全引导。当水被节流通过鼠笼时，通过每个孔口产生高速的喷射流，且相互碰撞，这种碰撞限制在鼠笼的中央，当动能转化成势能时，通过孔口时产生的气蚀汽泡在流体的轴心处破裂，并被流体吸纳带走，不会对设备造成任何影响。

4 配合监控系统精确流量控制并完成蓄水

西南加压站作为调蓄调压站，晚上当管网压力高时，将市区管网多余的水送到清水池，白天管网压力低时，将清水池中的水加压送到管网，增加管网压力，保障供水。在蓄水过程中采用双管蓄水，由操作员输入蓄水总量和蓄水时间，监控系统计算出相应的蓄水流量，并自动开始蓄水程序。监控系统自动开启针阀，按计划流量的80%将针阀开到相应位置，然后启动微调程序，自动调整剩余20%的流量，并使进水流量保持在预定值±5%之内，当总蓄水量达到预定值时，关闭针阀。

在开始蓄水时候，为了避免意外情况的发生，在开启针阀时我们采取了一种比较缓慢的方式，不是一次性将阀门开到位，每10秒开一度，使流量缓慢增加，减少水流对设备的冲击。这样设计是因为ERHARD针阀可以频繁启动，能达到每小时1200次，并且使用寿命长，在每次操作间隔0.75秒的情况下可以连续服务350万次。这样既满足了工艺要求，使针阀缓慢的开到预定值的80%，也不会因为频繁启动造成故障。针阀对水流的精确控制可以保证我们的水流微调程序得以顺利进行，细微调节余下20%的流量，使我们的进水流量始终保持在预定值，很好的配合了水厂监控系统完成蓄水。

5 小结

因为ERHARD针阀的特殊结构和工作原理，针阀在水厂建设中发挥了很好的作用。

通过几年来的投入运行，运行工况稳定，在阀门的调节过程中没有出现过异常的振动和噪音，为给水厂、供水管网和总调度中心的统一管理和智能化控制提供了先决条件。

参考文献：

[1]GB122220-89，通用阀门.

[2]针阀在城市给水厂和污水厂中的应用，芮旭东，付静瑶.中国给水排水，2006年第14期.