第25卷　第5期湖　南　大　学　学　报V o1.25,N o.5　1998年10月JOU RNAL O F HUNAN UN I V ER S IT Y O ct.1998供热空调水系统阀门的种类和选用Ξ易志芳　何　勰3　张国强　陈在康(湖南大学环境工程系,中国长沙,410082) 摘　要　介绍了供热空调水系统常用阀门的种类、典型构造、工作原理及技术特点,给出了实现工程设计中水系统阀门选择的参考意见,为集成化暖通空调CAD软件中阀门专家系统的设立和智能化的实现提供了必要的理论依据Λ关键词　供热空调,水系统,阀门,集成化,CAD,专家系统分类号　TH134Catego ry and Choo sing of V alves fo r H eating andA ir2Conditi on ing W ater P i pe SystemY i Zh ifang　H e X ie　Zhang Guoqiang　Chen Zaikang(D ep t of Environm ental Engineering,H unan U niv,410082,Changsha,P R Ch ina) Abstract　T h is paper in troduces the catego ry,w o rk ing p rinci p le,structu re and techn ical perfo r m ance of valves fo r heating and air2conditi on ing w ater p i pe system,p ro2 viding necessary theo retical basis fo r the bu ilding of exp ert system and realizing of in tel2 ligence in the choo sing of valves in in tegrated HVA C CAD softw are.Key words　heating and air2conditi on ing,w ater p i pe system,valve,in tegrated, CAD,exp ert system在供热空调水系统中,由于阀门种类和品种繁多,功能各异等特点,要求设计者充分了解各类阀门的性能并作出正确选择Λ以人工智能的应用为标志,以集成化开发环境、计算与绘图一体化为特点的第三代暖通空调CAD软件,针对阀门选择的特点,必须提供丰富的知识库和资料库,并引入专家系统的智能判断,以提高阀门选用的智能化程度Λ因此,如何正确、合理、经济地选择阀门,成为工程设计人员、用户乃至软件开发者共同关心的问题Λ1　水系统阀门的种类、构造和特点在供热空调水系统中,阀门被广泛应用于控制水的压力、流量和流向Λ供热空调水系统中常用的阀门按阀体结构形式和功能可分为闸阀、蝶阀、截止阀、球阀、旋塞阀、止回阀、Ξ:19981015.,,28,.减压阀、安全阀、疏水阀、平衡阀等类Λ按照驱动方式分为手动、电动、液动、气动等四种方式Λ按照公称压力分高压、中压、低压三类Λ供热空调水系统中常用的大都为低压或中压阀门,以手动为主Λ阀门的型号根据阀门种类、驱动方式、阀体结构、密封或衬里材料、公称压力、阀体材料等,分别用汉语拼音及数字表示Λ各阀门型号含义按机械工业部标准JB 308275规定[1]Λ供热空调水系统常用阀门的工作原理及特点如下:1.1　闸　阀闸阀是指关闭件(闸板)沿介质通道轴线的垂直方向移动的阀门,典型构造见图1[2],图1　闸阀在管道上主要作为切断介质用Λ其优点是流阻系数小,启、闭所需力矩较小,介质流向不受限制Λ缺点是结构尺寸大,启、闭时间长,密封面易损伤,结构复杂Λ闸阀有各种不同的结构形式,主要区别是所采用的密封元件结构形式不同,由此常把闸阀分成不同类型,最常见的形式是平行式和楔式闸阀;根据阀杆的结构,还可分成明杆和暗杆闸阀Λ1.2　蝶　阀其名称来源于翼状结构的蝶板Λ在阀体的圆柱形通道内,图2　蝶阀圆盘形蝶板绕着其轴线旋转,只需回转90°即可开闭阀门,蝶阀的典型构造如图2[2],在管道上它主要作切断和节流用Λ当蝶阀用作切断时,多用弹性密封,材料选橡胶、塑料等;当用作节流时,多用金属硬密封Λ其优点是体积小,重量轻,结构简单,启闭迅速,调节和密封性能良好,流体阻力和操作力矩较小[3]Λ蝶阀按结构可分为杠杆式(双摇杆)、中心对称门式、偏置板式和斜板式Λ中心对称门式(对夹式)的流阻较小,但其上下轴端处亦为密封面的一部分,易磨损而导致泄漏,适用于公称通径DN <800mm 的蝶阀Λ偏置板式则克服了这一弱点,但流阻较大,适用于DN ≥800mm 的蝶阀Λ杠杆式蝶阀由于结构原因,不宜用于压力较高的水介质Λ斜板式蝶阀因其结构及工艺复杂,工程上使用较少Λ蝶阀的结构和原理使之特点适合于大直径管道Λ蝶阀有立式和卧式两种,如果不受安装空间及位置的限制,大口径蝶阀应选择卧式[4]Λ1.3　截止阀指关闭体(阀瓣)沿阀座中心线移动的阀门Λ它在管道中一般只作切断用,而不用于节流,其典型构造如图3[2]Λ截止阀使用广泛,但由于开启和关闭力矩较大,结构长度较长,通常公称通径都限制在DN 250mm 以下Λ它的优点是结构简单,密封性好,制造维修方便,耐磨,开启高度比闸阀小得多Λ缺点是压力损失大Λ截止阀种类很多,按照结构一般分为直通式、角式和直流式Λ直通式的压力损失较小Λ角式在制冷系统中较多采用,会产生压力降,最大优点是安装在管路系统的拐角处,既节约90°弯头,又便于操作Λ直流式若阀体制成分开式,是截止阀中流阻最小的Λ阀杆也有明021 湖　南　大　学　学　报 1998年杆、暗杆之分,低压小通径的截止阀通常采用暗杆结构Λ密封面有两种形式,即平面和锥图3　截止阀面Λ平密封面具有擦伤小,易研磨之特点;锥形密封面易擦伤,但结构紧凑[3]Λ1.4　球　阀球阀是由旋塞阀演变而来的,启闭件为一个球体Λ利用球体绕阀杆的轴线旋转,实现开启、关闭的目的Λ其典型构造如图4[2],它在管道上主要用于切断、分配和改变介质流向Λ其特点是流体阻力最小,其阻力系数与同长度的管段相等,启闭快,密封可靠,结构紧凑,易于操作和维修,故而广泛应用于许多场合Λ图4　球阀球阀按球体的结构形式可分为三种:浮动球球阀、固定球球阀和弹性球球阀Λ浮动球球阀结构简单,密封性能良好,由于球所承受的工作介质载荷全部传给了出口端阀座密封圈,故而这种结构只适用于中、低压场合Λ其缺点是组装困难,制作精度要求高,同时操作力矩也较大Λ固定球球阀适用于高压和大口径的管道Λ它通常都设有活动阀座密封圈,在介质压力的作用下,产生位移,使密封圈紧紧压在球体上,从而保证阀门的密封性能Λ弹性球球阀适用于高温、高压介质Λ在球体上开有弹性槽,这种结构在开启和关闭时可以减少两密封面间的磨擦,同时也降低了操作力矩Λ图5　旋塞阀1.5　旋塞阀是关闭件(塞子)绕阀体中腔轴线旋转实现开启和关闭的一种阀门,其典型构造如图5[2]Λ它主要用于切断、分配和改变介质流动方向Λ旋塞阀的重要特性是它易于适应多通道结构,以致一个阀可以获得两个、三个甚至四个不同的流道Λ这样可简化管道系统的设计,减少阀门用量以及设备需要的一些连接配件Λ旋塞阀的种类很多,一般可分为:紧定式、填料式和自封式三种Λ紧定式旋塞阀不带填料,塞子与塞体密封面的密封依靠拧紧塞下面的螺母实现,一般用于PN ≤0.6M Pa 的场合Λ填料式旋塞阀塞体内带有填料,通过压紧填料来实现塞子和塞体密封面的密封Λ这样密封性能好,大量用于公称压力PN >1.0M Pa 的场合Λ塞体下面的螺钉可起到塞子和塞体配合松紧的调节作用Λ自封式旋塞阀中塞子与塞体间的密封,主要依靠介质本身的压力来实现,多用于空气介质Λ自封式结构下面的弹簧可以起到预紧和压紧的作用Λ1.6　止回阀又称逆流阀、逆止阀、背压阀和单向阀Λ是用来防止管道和设备中介质倒流的一种阀门,它靠管路中介质的流动产生的力而自动开启和关闭,其典型构造如图6[2]Λ止回阀的结构通常以阀瓣的动作形式来区分,主要有升降式和旋启式Λ升降式止回阀121　第5期 易志芳等:供热空调水系统阀门的种类和选用 图6　止回阀又分立式和卧式,卧式只能安装在水平管道上用,其中水泵底阀是专用于泵吸入管底部的升降式止回阀,为防止停泵时介质倒流,保持抽吸所需的水柱Λ旋启式止回阀的阀瓣围绕阀座外的销轴旋转,又分单瓣和多瓣,前者一般用于公称通径DN 50～500mm ,后者一般用于公称通径DN ≥600mm Λ另外还有空排止回阀,是用于锅炉给水泵出口防止介质倒流及起排空作用的Λ新型缓闭止回阀,有消除水锤作用Λ隔膜式止回阀,防止水击性能好Λ球形止回阀,是阻止介质逆流的理想产品[3]Λ1.7　减压阀是通过启闭件的节流和调节,将介质压力降低,并通过阀后介质压力的直接作用,使阀后的压力自动满足预定的要求Λ通常减压阀后的压力P 2应小于阀前压力P 1的0.5倍Λ减压阀的种类很多,一般分为直接作用式和间接作用式两大类Λ前者依据介质的能量来控制所需压力;后者利用外力如气压、液压或电动等来控制所需压力Λ减压阀按结构分为活塞式、薄膜式、波纹管式、弹簧薄膜式、杠杆弹簧式等Λ活塞式减压阀体积小,灵敏度低且制造工艺要求高,在介质温度高时大量选用Λ薄膜式减压阀在水、空气等温度与压力不高的条件下使用普遍Λ波纹管式减压阀用于温度在200℃以下的蒸汽、水和空气等无腐蚀性介质管道上Λ内弹簧薄膜式减压阀适用于工作温度低于50℃的空气、水等介质管道上Λ杠杆式减压阀适用于中、高压减温减压装置中,作调节蒸汽压力之用[3]Λ1.8　安全阀它是设备、装置和管道上作为安全保护的装置,以防止介质的压力超过规定的数值Λ当设备、装置和管道内的工作压力超过规定值时,安全阀便自动开启,排放多余介质;当压力恢复正常后,它便自行关闭,保持密封不漏,从而保证设备安全运行Λ安全阀的主要结构有杠杆式、弹簧式和先导式(脉冲式)三种Λ水系统常用弹簧式,它是利用压缩弹簧力来平衡阀瓣压力Λ优点是体积小,轻便,灵敏度高,安装位置不受限制;缺点是作用在阀杆上的力随弹簧的变形而产生变化Λ弹簧式安全阀又分微启式和全启式,有带扳手和不带扳手的,有封闭式和敞开式等不同形式[5]Λ1.9　疏水阀疏水阀适用于蒸汽供热设备和管道上,用以自动排除凝结水、空气及其他不凝性气体,并阻止蒸汽的漏失,即起阻汽排水的作用Λ正确的选用疏水阀对于节省蒸汽能源,保证蒸汽2凝水系统的正常运行至关重要Λ选用时,先要根据凝结水的最大排量和进出口的压力差选型,还要加以修正,其修正系数为1.5～4;其次要安装合理[5]Λ蒸汽疏水阀按启闭形式可分为以下几类[3]:1)机械型蒸汽疏水阀:由凝结水液位变化驱动启闭件Λ它又包括自由浮球式、杠杆浮球式、自由半浮球式和敞口向上(下)浮子式蒸汽疏水阀Λ2)热静力型蒸汽疏水阀:由凝结水温度变化驱动启闭件Λ它又包括波纹管式、膜盒式221 湖　南　大　学　学　报 1998年和双金属片式Λ3)热动力型蒸汽疏水阀:由凝结水动态特性变化驱动启闭件Λ它又包括圆盘式、脉冲式、迷宫或孔板式Λ1.10　平衡阀平衡阀是水力管网中用来测量及调整至设计流量,并具有必要的测量精度的阀门Λ它的作用是消除有利环路的剩余差压,以在所有环路达到设计流量,从而达到系统平衡Λ系统平衡对高标准室内热环境及低能耗来说,是至关重要的Λ平衡阀至少需具有如下特性:1)可进行水量的测量和调整,且具有±10%的精度;2)开度值的隐式记忆装置;3)截止功能Λ大部分的平衡阀集几个功能于一身,如排污功能,以及压降与流量的测量等Λ为保证系统平衡,每台锅炉及冷水机组处、所有干管、立管及支管的回水或供水管处、所有具有二次泵的区域控制环路中以及分流功能三通阀处均需安装平衡阀[6]Λ2　供热空调水系统阀门选择的几点参考意见1)供热空调水系统最常用的调节阀门为闸阀、截止阀和蝶阀,在很多情况下,三者都能满足技术要求,但各有技术特点如下:)闸阀　阀体长度适中,转盘式调节杆,调节性能好,在较大管径管道中被广泛使用Λ)截止阀　阀体长,转盘式调节杆,调节性能好,适用于场地宽敞,小管径的场合(一般DN ≤150mm )Λ)蝶阀　阀体短,手柄式调节杆,调节性能较差,价格较贵,但调节操作容易,适用于场地小,大管径的场合(一般DN >150mm )Λ2)冷水机组、热交换器进出口、主管道调节,均可根据情况选用闸阀、截止阀或蝶阀Λ3)分、集水器上,由于主要功能是调节,一般选用截止阀或闸阀Λ4)水泵入口装设阀门一只,出口装设阀门两只Λ其中出口端靠近水泵一侧阀门为止回阀,另两个阀门可选择闸阀、截止阀或蝶阀Λ5)供热空调末端设备出入口小口径管道可选用截止阀或球阀Λ6)多层、高层建筑各层水平管上可装设平衡阀,用以平衡各层流量Λ7)水箱及管道、设备最低点装设排污阀,由于不用于调节,宜选用能严密关断的阀门如闸阀、截止阀等Λ8)蒸汽2凝水管道系统,如蒸汽供暖系统、锅炉水系统、蒸汽溴化锂冷水机组、汽2水热交换器系统中,一般在蒸汽入口处装设减压阀;在可能产生高压处装设安全阀;在排凝结水处装设疏水阀Λ9)供热空调水系统上的排气阀一般采用旋塞阀Λ321　第5期 易志芳等:供热空调水系统阀门的种类和选用 3　集成化暖通空调CAD 水系统阀门的专家系统构思智能化是集成化暖通空调CAD 技术的一个重要标志,它是指CAD 动态系统与静态固有知识的集成Λ我们运用专家系统技术,把以上的阀门选择参考意见输入到专家系统的知识库中,工程设计人员可随时向系统咨询,以完成准确规定的设计Λ图7　专家系统结构图专家系统由几个方面组成:知识获取模块、知识库管理系统、推理机、机器自学习、解释机制、用户界面等Λ知识获取模块用于自动建立知识库Λ知识库管理系统用于检索、删除、增添、修改、显示规则Λ推理机采用正向和反向的模糊推理Λ解释机制主要完成本次推理分析成功的推理过程,结果与置信度Λ机器自学习主要采用类推的学习方法Λ该系统将会根据用户输入的问题及置信度,自动搜索得出结果Λ由于专家系统的知识库是动态的,具有良好的可扩充性和可维持性,所以,一方面可针对不同的项目,随时更新和修改“阀门选择专家系统”知识库中的知识,使之具有广泛针对不同的项目,随时更新和修改“阀门选择专家系统”知识库中的知识,使之具有广泛的实用性;另一方面,随着使用范围的扩大,可不断向知识库中补充新知识,使之具有更强的应用性Λ4　结束语正确、合理、经济地选择阀门是暖通水系统设计的关键,而这些参考意见所组成的专家系统知识库又是软件走向集成化、智能化所必须的理论依据Λ参考文献1　陈耀宗等.建筑给水排水设计手册.北京:中国建筑工业出版社,19922　L yons J L 著.阀门技术手册.袁王求等译.北京:机械工业出版社,19913　孙晓霞.阀门销售和采购人员必读.北京:机械工业出版社,19954　孙殿玉.供水系统用闸阀和蝶阀的选用.阀门,1996(4):40～415　崔凤鸣.阀门产品手册.北京:水利电力出版社,19896　Robert Petitjean 著.水力管网全面平衡技术.朗四维等译.北京:中国建筑工业出版社,19917　王耀南,徐伟昌.专家系统开发环境(GR ESE )及其应用.计算机工程与设计,1994(2):42～48421 湖　南　大　学　学　报 1998年。