1 問題的提出
在給水系統中經常會對水的壓力、流量、液位等參數進行頻繁的控制。如果都使用外接能源，如氣源或電源的話，將會消耗很大。例如：
1) 從高壓區向低壓區給水的市政供水系統中，需要保持下游的壓力穩定。
2) 從壓力較高的增壓泵流出後用於灌溉的灌溉系統中，需要使水源減壓。
3) 從高壓端向恆定的下游供水的樓宇管網系統中，需要保護整個管路的平穩運行，避免受到偶然出現的壓力過大的影響。
4) 向水塔蓄水的供水系統中，需要控制水位。
5) 向蓄水區自動蓄水的消防系統中，需要保證控制區域液位正常。
02 水力控制閥的結構和基本原理
水力控制閥，是一系列多用途控制與安全類閥門的總稱，見圖1。水力控制閥僅依靠介質—水的能量，即可實現對壓力、流量、液位等的控制。不但節約了大量的能源消耗，而且還也省了人力成本。
最早，水力控制閥被運用在一些農業國家的水利灌溉系統中，大量生產於以色列、荷蘭、丹麥等歐洲國家，後來發展到美國、加拿大以及亞洲等地，並且得到了更加廣泛的應用。
簡單來說，水力控制閥是由主閥和不同的導閥系統所組成的。通過裝配不同的導閥系統，水力控制閥將可以具備不同的使用功能。
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圖1 水力控制閥外形圖
2.1 主閥
主閥的典型結構見圖2。圖2中的主閥為隔膜雙腔型，是由閥體、閥芯、閥座、閥板、彈簧、閥杆、中間體、膜片、閥蓋等主要零部件組成。
①閥體; ②閥芯; ③閥座; ④閥板; ⑤彈簧; ⑥閥杆; ⑦中間體; ⑧隔膜; ⑨閥蓋
圖2 主閥示意圖
2.2 導閥系統
導閥系統由導閥、導管、針閥、球閥、壓力表等零部件組成。通過不同的連接可以實現不同的控制功能。
2.3 基本原理
水力控制閥雖然按照不同的使用功能有不同的分類，但其工作原理卻不盡相同。即以上、下游壓力差為動力，由導閥系統控制，使隔膜( 或者活塞) 液壓式差動操作，完全由水力自動調節，從而控制主閥閥芯開啟或者關閉或者處於某一調節狀態。
03 水力控制閥的分類和工作原理
根據給水系統中不同的設計要求和使用要求，還可以演變出十幾種用途的閥門(目前國外此類閥門已派生出近百種用途) 。
水力控制閥按用途可分為如下類型。
1) 水位控制閥。主要控制水池、水塔中的水位。
2) 減壓閥。將較高進口壓力減小到某一需要的出口壓力，並依靠介質自身的能量，使出口壓力自動保持穩定的閥門。
3) 水用安全閥（泄壓/持壓閥）。當給水管路系統中的壓力超過設定壓力時，閥門自動開啟泄壓，保護管線安全。
4) 止回閥。安裝在給水系統的水泵出口，防止介質倒流，並消除水擊。
5) 電動開關閥。以電磁閥作為先導閥，根據電信號，遙控開啟和關閉給水管路系統，可取代用來開啟和關閉的閘閥和蝶閥的大型電動裝置，並可實現遠程控制。
6) 流量控制閥。將過大的流量限制在一個預定值，並將上游的高壓減為所需要的下游低壓。
7) 壓差旁通平衡閥。用於空調系統供水管、回水管或集水器、分水器之間，控制供水管、回水管或集水器、分水器之間的壓差為設定值。
8) 緊急關閉閥。用於消防用水與生活用水並聯的供水系統中，自動調配供水方向。
3.1 先導式減壓閥
先導式減壓閥可以將閥前的高壓流體降低至閥後的低壓流體，並維持閥後壓力的穩定，保證下游設備的安全運行。
如圖3 所示，其工作原理可以理解為:
1) 當流體從入口流入主閥內腔後，經過閥芯與閥座所形成的環形間隙，造成流體壓力下降，然後從出口流出，實現「減壓」功能。
2) 當出口壓力小於穩定值( 設定值) 時: 導閥膜片下腔的壓力降低，導閥閥杆下移，開度增大，進口壓力水從控制管進入導閥再到出口端，使主閥上腔壓力降低，主閥閥杆上移，主閥閥板的開度隨之增大，閥後壓力增高，重回設定值。反之，當出口壓力大於穩定值時，動作相反，同樣重回設定值。實現「穩壓」。
圖3 先導式減壓閥原理示意圖
3.2 泄壓安全閥
泄壓安全閥可以快速泄壓，保證管路內壓力在安全範圍內，並維持閥前壓力的穩定，保證整個管路的安全平穩運行。
圖4
如圖4 所示，其工作原理可以理解為：
1) 當進口壓力大於安全值( 設定值) 時：進口壓力水從控制管路進入導閥膜片下腔，使其壓力增高，推動導閥閥杆上移，導閥閥板打開，主閥控制室上腔的水從導閥和控制管排泄，在進口壓力水的作用下，主閥閥板打開，閥前壓力降低，重回設定值。實現「泄壓」。
2) 當進口壓力小於安全值( 設定值) 時：導閥膜片下腔的壓力降低，導閥閥杆下移，導閥閥板關閉，從而導致主閥控制室上腔的水壓增高，在主閥上腔水壓作用下，主閥閥板關閉，閥前壓力上升。現在「穩壓」。
3.3 遙控浮球閥
遙控浮球閥可以保持控制區域的水位始終處在設定範圍之內。
如圖5 所示，其工作原理可以理解為: 當導閥開啟時，主閥上腔壓力降低，主閥閥杆上移，主閥開啟，上游往下游注水; 當導閥關閉時，主閥上腔壓力增加，主閥閥杆下移，主閥關閉，上游停止往下游注水。實現「水位控制」。
圖5 遙控浮球閥原理示意圖
04 水力控制閥的選型和維護
1) 水力控制閥的選型主要為主閥的選型，包括樣式、口徑、壓力、材質等。常見的水力控制閥選型參數見表：
2) 水力控制閥在應用中省了大量人力，但仍需定期進行維護。水力控制閥是無需另加機油潤滑的，其在工作中可利用介質本身進行潤滑。如果在應用現場進行維護或者發生故障時，其拆卸需要：
① 將管路中閥前和閥後的2 個切斷閥都關閉。
② 釋放主閥控制室上腔的壓力，鬆開閥蓋上方的導管連接。
③ 鬆開閥蓋與中間體的螺栓，鬆開中間體與閥體的螺栓。
④ 取出彈簧、膜片、閥板、閥芯、O 型圈等零件進行檢查，看有無問題。其中膜片和O 型圈為易損件，需要重點檢查並定期更換。
05 結語
無論是先導式減壓閥、泄壓安全閥、遙控浮球閥，還是其它種類的水力控制閥，僅依靠介質—水的能量，即可以方便地對流體介質進行控制，產品在國內外的樓宇管網、市政供水、消防用水、泵站、灌溉等積水系統中的應用是非常普遍的，市場上也有很大的需求量。