淺談供水閥門損壞原因及簡單預防措施

楊世勇

文章編號：2095-6835（2016）07-0145-03

摘 要：21世紀以來，山西省太原市的輸配水管網、設備發生了很大的變化，新設備不斷投入使用。雖然這些新設備、新技術的應用推動了供水事業的發展，但是，在其運行過程中也出現了一些問題。簡要敘述了閘閥、蝶閥和排氣閥3種閥門在使用過程中存在的問題，并針對這些問題提出了相應的處理方法，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：閘閥；蝶閥；排氣閥；蝸輪蝸桿

中圖分類號：TU991.37 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.145

閥門的種類比較多，在輸配水管道中，常用的閥門有閘閥、蝶閥和排氣閥。本文簡要分析了這3種閥門的工作原理、結構和使用過程中存在的主要問題及其處理方法。

1 閘閥

閘閥是輸配水管網中的重要設備之一。常用的閘閥按閥板結構、形式的不同可分為楔式單閘板和平行式雙閘板閘閥。

1.1 楔式單閘板閘閥

這種閥門是由閥體、上蓋、填料函、填料壓蓋、絲桿、螺母、閥板和密封圈組成的。這種閥門的閥板為楔式，與閥體接觸部分的角度一致，閥板與閥體兩側均鑲有銅密封圈，楔面經研磨后可實現密封。上蓋與閥體是用橡膠墊密封的，上蓋與絲桿則用盤根或其他形式的橡膠圈密封。

閘閥的種類不同，其結構也不同。其中，有一種閘閥內有一個被稱為“馬鞍”的零件。“馬鞍”安裝在上蓋與閥體之間，它與上蓋之間有間隙，用于固定絲桿凸肩，而絲桿只能轉動不能軸向移動。閘閥的絲桿則是用銅、不銹鋼或鋼制成的。這種閘閥非常耐用， 20世紀50年代安裝的有些閘閥至今仍在使用。

閘閥的常見故障有絲桿彎曲、絲桿銹蝕失效（鐵制）、絲桿磨損嚴重、閥板和閥體銅密封圈損壞、閥體凹槽內有異物導致閥門關閉不嚴等。閥板和閥體銅密封圈損壞是因為閥門沒有全開或全閉，使得懸在閥體中的閥板和閥體在水流的沖擊作用下相互撞擊。這是將閘閥用于調節流量而導致的，所以，閘閥不適合作為節流閥使用。當閥板和閥體密封損壞時，必須更換整個閥門，而其他問題則可以打開上蓋修理、清理或更換零件。

如果閘閥的閥板是用橡膠制作的，則可將其稱為軟密封閘閥，它在一定口徑范圍內的使用性能優于蝶閥。這種閘閥的閥板是用鋼芯外包橡膠制成的，依靠橡膠受擠壓變形可以達到密封的目的。閥體銹蝕與橡膠摩擦、閥板與閥體撞擊、過度用力使橡膠受擠壓而損傷都會出現閥門關閉不嚴的情況。另外，由于該閘閥的結構比較特殊，所以，更換零件時必須停水。

1.2 平行式雙閘板閘閥

這種閥門常被用于大管徑上和水廠內，水泵出水管使用的這種閘閥是用電機帶動的，所以，可將其稱為電動閘閥。這種閘閥的閥板是由2片活動閥板組成的。關閉閥門時，由上下楔板共同作用將2片閥板向兩邊撐開，并與閥體2個平行面銅密封圈緊密結合，以達到密封的目的。這種大口徑閘閥的閥桿是用閥門上端的機構懸掛起來的，結構較為復雜，需專人修理。

隨著科學技術的發展，因為閘閥的體積大，啟閉操作時間長，所以，它們逐步被其他形式的閥門取代。

2 蝶閥

20世紀90年代初，蝶閥被應用于供水系統中。在隨后的管道安裝和管道改造工程中，它被大量使用，并逐漸取代了部分閘閥。

蝶閥具有體積小，開關輕便、靈活，可調節流量，使用過程中不用更換填壓盤根等特點。它是依靠蝸輪蝸桿傳遞動力，使閥板旋轉，充分發揮了啟閉的作用。蝶閥的密封工作是通過閥板與閥體間密封部件在操作力矩作用下受擠壓變形而完成的，這種彈性變形填補了閥體與閥板間的裝配間隙，達到了完全密封的目的。在蝶閥中，不論是硬密封或是軟密封，密封原理都是一樣的。

蝶閥的傳動機構是由箱體、蝸輪、蝸桿、軸承、端蓋和扇形蝸輪定位螺栓等組成的，其部件多、加工工藝略顯復雜。另外，在使用過程中，對閥體內閥板軸兩對稱軸孔的加工精度、閥板與閥體的配合精度有較高的要求。正因如此，閥門上任何一個部件發生故障都會影響蝶閥的正常使用。蝶閥的特殊結構導致蝶閥閥體內發生故障時工作人員無法及時判斷和修復，只能采取停水的方法更換整臺閥門。

在供水系統近30年的推廣使用過程中，蝶閥的品種不斷變化。為了降低成本，產品質量良莠不齊，帶有各種設計制作缺陷的蝶閥充斥著市場，眾多閥門生產工廠在一段時期內如雨后春筍般破土而出。但是，在經濟不斷發展的大潮中，生產廠家一直都在進行價格競爭，所以，其存在時間極短。因此，高成本、高質量、高價格的閥蝶則很難在一般工程中出現。相應的，供水系統中的蝶閥也呈現出多型式、多品種、多層次質量的狀況，無法統一型號。

另外，在城市供水管網改造過程中，工程量大，不注意施工質量也是導致蝶閥被損壞的主要原因之一。

縱觀蝶閥的使用情況，與閘閥的使用情況相比，蝶閥損壞和關閉不嚴的情況出現的概率大于閘閥。由于供水的特殊性，許多輸配水管道大口徑蝶閥自安裝后沒有再開啟或關閉，即沒有經過實際驗證，所以，它們仍存在一定的安全隱患。維修部門在搶修管道時需要關閉蝶閥，而因蝶閥損壞或關閉不嚴影響搶修的事例屢見不鮮。

總結了相關實例發現，蝶閥出現問題的原因有以下幾點。

2.1 施工不細致

觀察、分析受損蝶閥的損壞情況可知，因為施工造成蝶閥被損壞的情況占很大的比例。在這些蝶閥中，有各種異物卡在閥板與閥體之間，包括安全帽、撬棍、木條、石塊、水泥編織袋、焊條、焊渣和切割后的鋼條等。這些異物會嚴重影響蝶閥的正常使用。當操作人員關閉蝶閥時，雖然是因為異物的存在而導致蝶閥關閉不嚴，但是，工作人員誤認為是閥板關閉不到位而增大了操作力矩，結果導致蝶閥傳動箱或其他零件被損壞。有些硬質物體，比如焊條、金屬條的存在會直接損壞閥板或閥體的密封面。

管內異物是施工人員在安裝管道時造成的，具體情況有以下幾種：①下管對口前沒有認真檢查和清理管內異物，工作人員不隨時清理安裝時滾入或落入管內的各種異物。工作人員當日施工結束后并沒有認真封堵尚未完成安裝的管道敞口，次日施工前也未認真檢查管內是否有異物。②工作人員收工時將不愿帶走的工具寄放在管內，如果第二天施工時更換了人員，就會忘記取出；或是因為管徑小、工具放入太深而不愿或無法取出。③焊接鋼管對口時，修整焊口時的熔渣、邊條落入管內無法取出。④在管道試壓時，施工單位采用鋼管內置堵板的方式。待試壓工作結束后，用氧氣切割去除內置鋼板，并將原管作為輸水管道的一部分。采用這種施工方法的主要問題是內置堵板需切割后才能取出，這樣留在管內的熔渣或條渣就會增多，有些還要補焊進入管內的入孔口。這種做法破壞了鋼管的防腐結構，而補焊不規范還會影響鋼管的強度，為管道的長期運行埋下安全隱患。

鑒于這些情況，有人認為，將豎軸立式蝶閥改為橫軸臥式蝶閥就能避免異物被卡，但是，這不是解決此類問題的根本方法。渣物可以通過這類閥門，但它不能通過所有的閥門。同時，改變安裝方式將給維修人員在井下操作帶來極大的困難。因此，工作人員要采用正確的操作方法，嚴格施工規范，細化操作規程，責任檢查到位，杜絕異物留在管內。

另外，有個別蝶閥內卡入異物并非由施工引起。例如，某水廠泵房外2臺DN1000蝶閥關閉不嚴，拆卸后發現其中1臺蝶閥的閥板卡中有1節長約150 mm，直徑為30～40 mm的圓形鑄鐵，這是廠內電動閥門內的一節損壞零件。這個零件是雙閘板閥門的楔鐵，折斷后被沖到蝶閥閥板處卡住，使得電動閥門不能正常使用，同時，也損壞了蝶閥。水廠中閥門卡有異物的情況是時有發生的。

大口徑蝶閥的價格非常高，但卻因為一個小小的楔鐵而報廢，再加上其他問題，損失是非常大的。因此，在有條件的情況下，如果在泵房內水泵出水管某個合適的位置上設置1個中口向下的三通，用盲板封口，以截留其他設備的損壞部件或檢修時無意落入管內的工具、工件，就能保證出水廠閥門的使用安全。

施工現場監管不嚴也是導致閥門被損壞的主要原因。在實際工作中發現，有工作人員將質量不合格的蝶閥安裝在管道中的情況。某工地有人發現DN500蝶閥關閉不嚴，為了驗證該蝶閥的密封性，現場將一盆水倒入平放在地面的蝶閥內，水很快就漏完了，但是，面對這個問題卻無人問津，該蝶閥依然安裝在管道中。

2.2 質量差，結構設計不合理

拋開施工因素，蝶閥被損壞的另一個原因是蝶閥的質量不合格，結構設計不合理。將這2個問題放在一起討論有助于進一步了解蝶閥損壞的內在原因，為正確選擇和使用蝶閥提供理論依據。

蝶閥的質量可以從設計原理、材料選擇、加工工藝、耐用程度、適應環境和功能效果等多方面入手綜合評價。通過相關分析可以明確蝶閥質量與結構的關系。

在啟閉蝶閥的過程中，蝸桿端蓋損壞、箱體破裂是最常見的，甚至還出現了因為一次停水3臺蝶閥傳動箱損壞的情況。在這件事情中，操作人員還沒有用太大的力箱體就破裂了，導致他們不敢再關其他蝶閥。對此，多數人認為，箱體質量差是引發問題的主要原因。

有的閥門因為蝸桿軸承破損而無法使用，更換新軸承后沒用幾次便再次損壞，所以，懷疑是軸承質量有問題。軸承損壞的原因有很多種，除了其質量外，兩軸孔不同心、蝸桿兩端軸不同心和設計結構等問題都可能是導致軸承損壞的原因。

蝸桿彎曲也是常見故障，它是由多種原因導致的，還有一些其他損壞情況就不一一列舉了。

總之，這些現象都可被籠統地認為是材料質量不過關造成的。但是，主要的問題是，當材料遭到破壞時，必有一個使其破壞的力作用在材料上，而這個力是如何產生的？這個力大嗎？以蝶閥的傳動特點和箱體設計結構為例作簡要的分析。

蝸輪蝸桿傳動主要是垂直交錯軸傳動，它多應用于減速器中。在這些機械傳動中，蝸桿是主動輪，蝸輪是被動輪，蝸輪在蝸桿的作用下圍繞其中心可作正反方向、任意角度的旋轉運動。也就是說，控制蝸輪旋轉角度的是主動輪蝸桿，而不是用限制蝸輪轉動角度的方式達到控制的目的。

蝶閥中的蝸輪不能任意轉動，它被限制在90°的范圍內。當蝸輪蝸桿轉動時，齒面上作用的法向力可分解為切向力、徑向力和軸向力。當閥板被阻擋不能轉動而繼續向蝸桿施力時，在反作用力的作用下，蝸桿沿軸向和徑向運動。此時，傳動箱中蝸輪蝸桿的機械運動猶如螺旋起重千斤頂一樣，用較小的力矩就能產生很大的頂力。這個力是由箱體內向外作用在箱體內壁和蝸輪軸端蓋上的，箱壁受拉力。當該力超過箱體材料的抗拉強度時，箱體便會破裂。而徑向力會導致蝸桿彎曲、變形或軸承破損。這是這種結構的蝶閥的最大弱點，它的螺旋千斤頂效應產生的巨大頂力作用在了箱體材料最薄弱的環節上。

有人認為，蝸輪定位螺栓和指示標志能避免過度用力的操作，其實不然。蝶閥，特別是大口徑蝶閥，在制造過程中，因為熱處理、加工安裝都可能產生應力變形；在安裝過程中，法蘭受力不勻也會變形；在使用過程中，受溫度壓力等因素的影響也會變形，這些變形都會影響到其具體的使用，操作人員無法根據定位螺栓和指示標志判斷蝶閥是否關閉嚴密。本文中有提到水廠2臺閥門中的1臺并非因為有異物而更換，而是由于閥體變形導致閥板不能關閉。另外，1臺DN700蝶閥安裝后一直處于關閉狀態，而且其一側管內有水且有壓力。當需要使用該蝶閥時，一直無法打開，直至把傳動箱頂壞。之后，請生產廠工作人員處理，但是，他們也沒有辦法。當排出了管內的水后，閥門便開啟了。經查，閥門硬密封有2處局部變形，關閉閥門時增大了摩擦力，再加上水的側面壓力，就會出現這種情況。

為了保證傳動箱不被損壞，有廠方提出給蝶閥手動開關加設離合裝置。但是，這種裝置并不適用于輸配水管。雖然它能保護蝶閥傳動箱，卻無法使閥板達到密閉的狀態，而使閥板密閉才是主要目的。

在介紹蝶閥時，閥門制造廠總會展示各種數據、圖表和注意事項等，有些數據不能完全代表蝶閥的真實使用情況，每臺蝶閥都會因為制造裝配、配合誤差、應力變形、摩擦阻力、使用環境等因素與理論數據不同而產生較大的差異。作為使用產品的一方，他們關心的不是數據、圖表，而是蝶閥的耐用程度、適應環境的能力和使用功效，即好開、好關、好修、密封、耐用。

有一種蝶閥傳動箱的設計與其他的不同，它將蝸桿的凸肩和卡環設置在箱體外，當遇到蝸輪不能轉動的情況時，蝸桿受箱體外的凸肩和卡環的牽拉不能軸向移動，箱體及其材料不是受到了拉力，而是受到了壓力。受力合理是其特點，蝸輪蝸桿不會產生螺旋千斤頂的效應，這在很大程度上減少了蝶閥傳動箱體的損壞。

2.3 操作不當

一般情況下，操作人員因操作不當而導致蝶閥損壞的原因主要有以下3點：①不了解蝶閥的工作原理和構造，特別是不了解蝶閥的缺點，采用操作閘閥的方式對待蝶閥，過度用力則會導致傳動裝置被損壞。②不了解蝶閥的開關方向，操作失誤。因為用戶的操作習慣不同，有些蝶閥出廠后應用戶要求增設了附屬機構，改變了操作方向，而操作人員不了解這些裝置的用途導致操作失誤。③缺乏工作經驗。當蝶閥的指示標志損壞時，不能準確判斷蝶閥的啟閉狀態。

經過相關討論和分析可知：①在任何時候、任何情況下，施工單位和維修人員都不應將各種雜物遺留在管道中。這些雜物會給日后管道安裝和維護搶修帶來意想不到的困難。②蝶閥比閘閥的耐用性低，有些蝶閥不適合在地下當作供水閥門使用。一個用金屬制作的、能控制幾十米壓強水頭的供水蝶閥未使多大力就輕易損壞，而在這種最簡單的操作中還要顧及諸多問題是很不正常的。這說明蝶閥的結構設計方面還存在缺陷，或者說蝶閥不適應其工作環境。而有些人不了解蝶閥的問題所在，將所有責任推在了操作人員身上，使操作人員不知所措。③閥門操作人員應盡可能熟悉和了解各種蝶閥的構造，在有條件的情況下將損壞的蝶閥拆卸，并觀察，從中學習有關知識，總結經驗，減少失誤。

總之，蝶閥使用過程中出現的問題是綜合性的而不是單一的，需要認真分析，逐一解決。

3 排氣閥

排氣閥是安裝在管段的最高處，用以排除管內空氣的。當需要泄空管內水時，它可起到進氣的作用。排氣閥分為單口排氣閥和雙口排氣閥，在輸配水管網系統中，應使用雙口排氣閥。

雙口排氣閥有一大一小2個排氣口，3個相同的浮球分別在2個體腔內。當管道開始通水時，大量的氣體由大排氣口排出。當氣體排完后，管道內的水充滿體腔內，使得浮球在水的浮力作用下向上移動將排氣口堵塞，達到自行密封的目的。在管道正常運行的過程中，水內的空氣在壓強的作用下不斷排入排氣閥的體腔上部，迫使浮球下降，離開原來的密封位置。這時，空氣又從排氣孔排出，浮球又恢復到了原來的位置自行密封。管網內水的壓強決定了大排氣孔的排氣狀況，當大排氣口受到的總壓力大于浮球質量時，浮球不會下落離開密封位置，氣體不會從大口排出。小排氣孔的直徑僅為2 mm左右，小孔受到的總壓力遠小于浮球質量，浮球可以隨時隨體腔內水面的變化而上下浮動，并排出管內空氣。因此，有時也將大孔稱為“低壓排氣孔”，將小孔稱為“高壓排氣孔”。

目前，使用的單筒排氣閥是一種將大小孔裝置合成在一個杯體內的復合式排氣閥。其結構是：不銹鋼浮球上有1個球面閥瓣，閥瓣中心安裝了1根空心管，空心管下端安裝空心橡膠密封墊與浮球接觸形成的高壓排氣孔。球面閥瓣的球面與閥體上大孔密封橡膠接觸，形成低壓排氣孔。而閥體上的其他裝置用于防塵、限位等。

排氣閥的浮球面有損傷、有污物、密封橡膠老化、粘連都會影響排氣閥的正常工作。在工作過程中，有的排氣閥不使用浮球而使用的是圓柱形的浮筒。為了使浮筒定向，浮筒式排氣閥的浮筒外壁與浮筒杯體間隙比較小，常因水垢的存在而影響使用，所以，在水質硬度較高、易結垢的地區，因謹慎使用。不論采用哪種形式，都要保證其上下活動順暢，防止水垢和銹蝕阻礙浮球或浮筒活動。因此，排氣閥應定期保養、修理，保證其能夠正常排氣。

如果排氣閥不能正常排氣，其管內就會形成氣阻，減小過水斷面，增大能耗，進而危及管道安全。例如，某地一長距離DN700預應力鋼筋混凝土輸水管，在一段時期內出現了數次爆管的情況。究其原因，該管道上幾臺排氣閥經常漏水，而工人將排氣閥封堵，結果引發了爆管事故。待恢復排氣后，再未發生過爆管事故。由此可知，排氣閥在輸水管中是非常重要的。

〔編輯：白潔〕