1 问题的提出

在给水系统中经常会对水的压力、流量、液位等参数进行频繁的控制。如果都使用外接能源，如气源或电源的话，将会消耗很大。例如：

1) 从高压区向低压区给水的市政供水系统中，需要保持下游的压力稳定。

2) 从压力较高的增压泵流出后用于灌溉的灌溉系统中，需要使水源减压。

3) 从高压端向恒定的下游供水的楼宇管网系统中，需要保护整个管路的平稳运行，避免受到偶然出现的压力过大的影响。

4) 向水塔蓄水的供水系统中，需要控制水位。

5) 向蓄水区自动蓄水的消防系统中，需要保证控制区域液位正常。

02 水力控制阀的结构和基本原理

水力控制阀，是一系列多用途控制与安全类阀门的总称，见图1。水力控制阀仅依靠介质—水的能量，即可实现对压力、流量、液位等的控制。不但节约了大量的能源消耗，而且还也省了人力成本。

最早，水力控制阀被运用在一些农业国家的水利灌溉系统中，大量生产于以色列、荷兰、丹麦等欧洲国家，后来发展到美国、加拿大以及亚洲等地，并且得到了更加广泛的应用。

简单来说，水力控制阀是由主阀和不同的导阀系统所组成的。通过装配不同的导阀系统，水力控制阀将可以具备不同的使用功能。

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图1 水力控制阀外形图

2.1 主阀

主阀的典型结构见图2。图2中的主阀为隔膜双腔型，是由阀体、阀芯、阀座、阀板、弹簧、阀杆、中间体、膜片、阀盖等主要零部件组成。

①阀体; ②阀芯; ③阀座; ④阀板; ⑤弹簧; ⑥阀杆; ⑦中间体; ⑧隔膜; ⑨阀盖

图2 主阀示意图

2.2 导阀系统

导阀系统由导阀、导管、针阀、球阀、压力表等零部件组成。通过不同的连接可以实现不同的控制功能。

2.3 基本原理

水力控制阀虽然按照不同的使用功能有不同的分类，但其工作原理却不尽相同。即以上、下游压力差为动力，由导阀系统控制，使隔膜( 或者活塞) 液压式差动操作，完全由水力自动调节，从而控制主阀阀芯开启或者关闭或者处于某一调节状态。

03 水力控制阀的分类和工作原理

根据给水系统中不同的设计要求和使用要求，还可以演变出十几种用途的阀门(目前国外此类阀门已派生出近百种用途) 。

水力控制阀按用途可分为如下类型。

1) 水位控制阀。主要控制水池、水塔中的水位。

2) 减压阀。将较高进口压力减小到某一需要的出口压力，并依靠介质自身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。

3) 水用安全阀（泄压/持压阀）。当给水管路系统中的压力超过设定压力时，阀门自动开启泄压，保护管线安全。

4) 止回阀。安装在给水系统的水泵出口，防止介质倒流，并消除水击。

5) 电动开关阀。以电磁阀作为先导阀，根据电信号，遥控开启和关闭给水管路系统，可取代用来开启和关闭的闸阀和蝶阀的大型电动装置，并可实现远程控制。

6) 流量控制阀。将过大的流量限制在一个预定值，并将上游的高压减为所需要的下游低压。

7) 压差旁通平衡阀。用于空调系统供水管、回水管或集水器、分水器之间，控制供水管、回水管或集水器、分水器之间的压差为设定值。

8) 紧急关闭阀。用于消防用水与生活用水并联的供水系统中，自动调配供水方向。

3.1 先导式减压阀

先导式减压阀可以将阀前的高压流体降低至阀后的低压流体，并维持阀后压力的稳定，保证下游设备的安全运行。

如图3 所示，其工作原理可以理解为:

1) 当流体从入口流入主阀内腔后，经过阀芯与阀座所形成的环形间隙，造成流体压力下降，然后从出口流出，实现“减压”功能。

2) 当出口压力小于稳定值( 设定值) 时: 导阀膜片下腔的压力降低，导阀阀杆下移，开度增大，进口压力水从控制管进入导阀再到出口端，使主阀上腔压力降低，主阀阀杆上移，主阀阀板的开度随之增大，阀后压力增高，重回设定值。反之，当出口压力大于稳定值时，动作相反，同样重回设定值。实现“稳压”。