技术文章

锥形阀
一、产品概述
锥形阀通常作为水轮发电机组旁通阀的自由排放阀，或是连续排放流量控制。由于采用倒置锥形柱塞阀芯而得名，简称锥形阀，又因其具有优异的消能效果，故又称消能阀。锥形阀除了在流道终端设置有锥形阀芯之外，所有运动部件全部设置在阀门的过流通道外部，使得阀体内部流道通常顺滑，流量大而压降损耗少，其在整个工作范围内不会产生气蚀及振动；
该阀在整个工作范围内不会产生气蚀及振动，在小流量时仍具有良好的流量控制效果。其结构为一个固定的倒置锥形，*的水力设计形体及用来降低振动的4个导流翼叶片支撑，流量则由外部活动套管的前后移动来控制，阀体上分别设有金属对金属的阀座和补充性的软密封阀座，或两者构成了复合式的阀座确保密封性能。在排放到大气中时，水流以宽广的锥形角度扩散，并分解为稀薄喷淋形态，将能量消耗在空气之中。通常根据实际需求，可以要求控制水流区域，则在出口安装一个不同形式的导流罩，这不仅能将空气与充分水混合，而且还集中流量。
锥形阀测试的结果显示没有明显的振动,这取决于水流中的空气量，当固定锥形*开启时，不论有导流罩或没有其排放系数都是0.9左右。
二、主要技术参数
1.阀体材料：碳钢、不锈钢
2.公称压力PN：0.6～4.0MPa
3.公称通径DN:200～2000mm
4.强度试验：PN×1.5
5.密封试验：PN×1.1
6.使用温度T:0～70℃
7.连接形式：法兰、焊接
8.适用介质：水、污水
9.操作机构：蜗轮、电动、液动、气动（执行机构另附使用说明）
10.流量特性

11.主要零部件（详见附表）
12.规格参数
序号    规格
尺寸
（mm）    设计
压力(MPa)    zui大流速(m3/s)    zui大
行程（mm）    检修
行程（mm）    操作方式
1    300    0.6-2.5    3.56    250    400    蜗轮、电、气、液动
2    600    0.6-2.5    7.84    360    460    电、气、液动
3    800    0.6-1.6    13.5    400    480    电、气、液动
4    1000    0.6-1.6    21    400    700    电、气、液动
5    1200    0.6-1.6    30.3    580    810    电、气、液动
6    1400    0.6-1.0    41.2    700    830    电、气、液动
7    1600    0.6-1.0    53.8    740    930    电、气、液动
8    1800    0.6-1.0    60    900    1050    电、气、液动
9    2000    0.6-1.0    84    1000    1150    电、气、液动
注：本表尺寸以基本型为依据，不含导流罩及附件部分；不同形式高度尺寸可能有所不同，请以实际图纸尺寸为准。
三、结构原理
锥形阀大致可以分为埋设管（或过渡管）、锥形阀体、套筒、执行机构、拉杆及传动机构等几个部份。其阀体固定、执行机构通过传动机构启闭活动的外套筒，达到阀体的启闭。它具有下列优点：
1.水力条件好，具有较其它阀门高的流量系数u=0.75～0.83或更高；
2.结构简单，重量轻；所有传动部件均设置在阀体之外，一目了然，便于维护检修；
3.启闭力小，操作轻便，可适用于无电源的中小形水利工程场所，可设置电、气、液动操作启闭机构，轻松实现遥控或无人值守自动运行；
4.泄流时喷出水舌为喇叭状，空中扩散掺气，消能效果好，简单消能池或不用做消能措施，如设置为淹没式出流，则水下之消能亦甚简单；
5.流体通过内部4导流翼进行均匀分割，不会产生漩涡和震动；

6.其阀门的启闭或流量控制则由外部套管的上下移动来带动锥形阀芯的动作实现控制，套筒与阀体之间通过导向环和O形圈实现导向和密封，使阀的流量系数与阀开度具备一定的比例关系。

7.针对不同状况和压力的流体介质，可以设置金属硬密封和橡胶软密封。采用高强度合金不锈钢耐磨阀座设计的复合密封结构兼具金属对金属硬密封和软密封的特性；

8.可限制发散角度，使流体分解为稀薄喷淋形态或环状对流达到冲击抵消的目的。同时适应不同现场的需求。
9.根据阀门水平线与中轴线的夹角大小，以180°水平安装zui为常见，此外采用的方式有45°，60°、90°；

四、选择布置
锥形阀的布置与枢纽建筑物有密切关系,如布置不妥,将因射流引起对建筑物之冲刷或形成的雾气对电站的运行带来麻烦,以及放水时引起的显著震动,因此,布置形式必须慎重考虑，我们建议根据地貌和实际情况，主要从出口方式、安装方式和发散方式三个方面入手，合理安排锥形阀的布置。
1、出口方式的选择：
(1)  淹没式：适合水头较低的沟渠等灌溉或饮用水系统，出口四周都为宽阔平坦，以沙石地形为主；
(2)  喷射式：适合水头较高、陡峭山体场合；
2、安装方式的选择：
(1)  水平安装：适合于消能池较薄弱、但场地宽广、周围无建筑物；
(2)  垂直安装：适合场地狭小或近距离建筑物较多。
(3)  可选角度安装：介于水平安装与垂直安装之间。
3、发散形式选择：
(1)  自由发散型：在空气中自由发散，根据水头大小形成不同范围的发散区域；
(2)  限制发散型：利用导流罩有效控制锥形阀的出口发散程度：都用于水头高，出口狭小，涉及建筑物或其他设施等；如图所示，用户应根据设计消能池或泄洪渠的具体尺寸选择合适的导流罩，具体如图所示，a、b为导流罩的夹角延长线，L为消能池或泄洪渠的宽度，H为导流罩夹角顶部到消能池或泄洪渠表面的高度，按等边三角形原理计算该选用的导流罩角度。