多功能水泵控制閥的水錘防護(hù)特性及應(yīng)用|最新資料

［提要］　水錘危害是極具破壞性的，因而水錘防護(hù)是泵站正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。介紹了多功能水泵控制閥防上水錘的原理，根據(jù)實(shí)際工況敘述多功能水泵控制閥的工作過(guò)程和調(diào)試的要點(diǎn)。
［關(guān)鍵詞］　水錘 多功能水泵控制閥 泵站 給水管道

水錘控制是給水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。水錘的形成與閥門(mén)的迅速關(guān)閉/開(kāi)啟有關(guān)，由于閥門(mén)關(guān)閉/開(kāi)啟時(shí)間Ts與水錘波相長(zhǎng)T的差異，表現(xiàn)為直接水錘和間接水錘2種形式。當(dāng)TsT時(shí)，在閥門(mén)關(guān)閉過(guò)程中，反射回來(lái)的負(fù)水錘波到達(dá)閥門(mén)時(shí)，閥門(mén)尚未完全關(guān)閉，負(fù)水錘波導(dǎo)致壓強(qiáng)增值受到了干擾（即降低），水錘峰值被削減，這種水錘稱為間接水錘。在同一條件下，直接水錘比間接水錘的危害性要大得多，危害最大的是斷流彌合水錘。

一、水錘增壓值的理論計(jì)算
給水系統(tǒng)關(guān)閥水錘壓力峰值P為水泵穩(wěn)態(tài)工作揚(yáng)程P1和關(guān)閥水錘壓力增值△P的迭加值即：
P　=　P1　+　△P　　　　　　　　　（1）
1.1　關(guān)閉直接水錘壓力增值△P
按照儒可夫斯基公式，可以計(jì)算供水系統(tǒng)中發(fā)生關(guān)閥直接水捶時(shí)的壓力增值△P為：（2）
式中
△P－－關(guān)閥直接水錘的壓力增值，KPa；
υo－－水錘產(chǎn)生前管道中的平均流速，m/s；
υ －－水錘產(chǎn)生管道中的平均流速，m/s；
γ －－水的重度，取9.8KN/m3
g －－重力加速度，m/s2；
C －－水錘波的波速，m/s（3）　
式中Co－－密度為ρ，彈性模量為Ｋ的無(wú)邊界液體介質(zhì)中聲音的傳遞速度，Co=，對(duì)于水，Co＝1425m/s；
Ｋ－－水的彈性模量，取2.04× N/C㎡；
D－－供水管的直徑，mm；
δ－－供水管的管壁厚度，mm
從式(2)可以看出，當(dāng)管道材料及其所輸送的介質(zhì)確定以后，直接水錘的壓力增值△P主要隨著流速υo的增大而增大，因而在工程設(shè)計(jì)中可以適當(dāng)降低流速υo，即增大管徑來(lái)降低水錘的危害。

1.2　關(guān)閥間接水錘壓力增值△P"
關(guān)閉間接水錘壓力增值計(jì)算比較復(fù)雜[2～3]，可近似由（4）式進(jìn)行計(jì)算：
△P"＝T/Ts•△P　　　　　　　　　 （4）
由于發(fā)生間接水錘時(shí)，Ts>T，由式（4）可知，△P"<△P，即同樣條件下間接水錘較直接水錘的水錘壓力峰值要小。當(dāng)Ts和T確定之后，可以按（4）式近似計(jì)算間接水錘的壓力增值。在實(shí)際選用水泵多功能閥時(shí)，當(dāng)直徑大于800mm時(shí)，一般以Ts=（1.3～1.5）T，且不大于2.OT為宜。當(dāng)管道直徑較小、管道不長(zhǎng)時(shí)，Ts可以適當(dāng)加大，Ts可以是T的2～10倍，把實(shí)際水錘壓力戶限定在安全范圍內(nèi)。可通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)啟閉動(dòng)作時(shí)間(3～120s)，使計(jì)算水錘壓力峰值小于1.5倍水泵工作壓力。這一點(diǎn)不同于液控緩閉閥，液控緩閉閥是通過(guò)快關(guān)、慢關(guān)兩階段實(shí)現(xiàn)的，在快關(guān)階段，關(guān)閉角度大，約為60％～80％，而時(shí)間很短，為1--2s；在慢關(guān)階段，關(guān)閉角度小。關(guān)閉時(shí)間如果太長(zhǎng)，容易引起壓力管道中的水大量倒流，使水泵反轉(zhuǎn)速度超過(guò)允許值，或者造成壓力管道中的水柱被快速拉斷，部分管段出現(xiàn)真空，甚至產(chǎn)生斷流彌合水錘。

二、多功能水泵控制閥的水錘控制過(guò)程
多功能水泵控制閥是一種新型的水力控制閥門(mén)，一閥可同時(shí)替代現(xiàn)行水泵壓水管上的電動(dòng)蝶(閘)閥、單向閥和水錘消除器，并能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)泵時(shí)的緩開(kāi)(準(zhǔn)軟啟動(dòng))，停泵時(shí)的速閉／緩閉，基本上可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)行液控緩閉閥的功能，即兩階段關(guān)閉過(guò)程，有效地防止水錘事故的產(chǎn)生，而且它無(wú)任何電氣控制動(dòng)力或外力油壓系統(tǒng)。在閥體設(shè)計(jì)上還采用了寬閥體流線型設(shè)計(jì)，有效地降低了水流阻力。
多功能水泵控制閥的水錘防護(hù)過(guò)程：水泵啟動(dòng)前，閥門(mén)出口端壓力作用在主閥板上，主閥板處于關(guān)閉位置，同時(shí)膜片控制器的上腔連通壓力水，下腔則與閥門(mén)進(jìn)口端的低壓相通。水泵啟動(dòng)后，閥門(mén)進(jìn)口壓力逐漸升高，同時(shí)壓力水通過(guò)閥門(mén)進(jìn)口端的連接管線緩慢進(jìn)入膜片控制器下腔，實(shí)現(xiàn)主閥板的緩慢開(kāi)啟，開(kāi)啟速度可通過(guò)控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。水泵(事故)停機(jī)時(shí)，閥門(mén)進(jìn)口的壓力降低(見(jiàn)圖1)，

當(dāng)接近零流量時(shí)，主閥板在自身重力作用下迅速關(guān)閉。因閥門(mén)進(jìn)口端壓力降低(閥門(mén)出口端的壓力水通過(guò)連接管進(jìn)入膜片控制器上腔)，下腔水通過(guò)閥門(mén)進(jìn)口端的連接管壓回至閥門(mén)進(jìn)口端，緩閉閥板緩慢關(guān)閉，慢關(guān)時(shí)間可通過(guò)控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。主閥板的速閉和緩閉閥板的緩閉符合給水系統(tǒng)的兩階段關(guān)閉規(guī)律，因此能有效地削減水錘壓力峰值。
附件設(shè)計(jì)：微止回閥的作用是保證閥門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間大于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，使電機(jī)輕載啟動(dòng)；閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)間可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況壓力設(shè)定。控制閥可調(diào)節(jié)進(jìn)出膜片控制器上下腔的水流速度，從而調(diào)節(jié)緩閉時(shí)間；在水泵正常運(yùn)行時(shí)也可手動(dòng)操作該閥來(lái)啟閉閥門(mén)。過(guò)濾器是保證膜片控制器上下腔中水的清潔度。
多功能水泵控制閥主閥板的開(kāi)啟是由管道中的水流沖擊力大小決定的，流速高時(shí)主閥板開(kāi)啟度大，流速減小時(shí)閥板開(kāi)啟度小；流速接近于零時(shí)，主閥板關(guān)閉。整個(gè)過(guò)程與消除水錘的兩階段關(guān)閉原理相吻合，因此消除水錘效果很好。多功能水泵控制閥緩閉閥板的關(guān)閉，是在膜片式控制器上下腔形成壓力差后方能實(shí)現(xiàn)，即主閥板關(guān)閉后，緩閉閥板方能關(guān)閉，因此不會(huì)出現(xiàn)緩閉與速閉同步的現(xiàn)象。