多功能水泵控制閥的水錘防護特性及應用|最新資料
［提要］ 水錘危害是極具破壞性的，因而水錘防護是泵站正常運行的關鍵因素。介紹了多功能水泵控制閥防上水錘的原理，根據實際工況敘述多功能水泵控制閥的工作過程和調試的要點。
［關鍵詞］ 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設計的一項重要內容。水錘的形成與閥門的迅速關閉/開啟有關，由于閥門關閉/開啟時間Ts與水錘波相長T的差異，表現為直接水錘和間接水錘2種形式。當TsT時，在閥門關閉過程中，反射回來的負水錘波到達閥門時，閥門尚未完全關閉，負水錘波導致壓強增值受到了干擾（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算
給水系統關閥水錘壓力峰值P為水泵穩態工作揚程P1和關閥水錘壓力增值△P的迭加值即：
P = P1 + △P （1）
1.1 關閉直接水錘壓力增值△P
按照儒可夫斯基公式，可以計算供水系統中發生關閥直接水捶時的壓力增值△P為：（2）
式中
△P－－關閥直接水錘的壓力增值，KPa；
υo－－水錘產生前管道中的平均流速，m/s；
υ －－水錘產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的無邊界液體介質中聲音的傳遞速度，Co=，對于水，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，當管道材料及其所輸送的介質確定以后，直接水錘的壓力增值△P主要隨著流速υo的增大而增大，因而在工程設計中可以適當降低流速υo，即增大管徑來降低水錘的危害。
1.2 關閥間接水錘壓力增值△P"
關閉間接水錘壓力增值計算比較復雜[2～3]，可近似由（4）式進行計算：
△P"＝T/Ts•△P （4）
由于發生間接水錘時，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Ts和T確定之后，可以按（4）式近似計算間接水錘的壓力增值。在實際選用水泵多功能閥時，當直徑大于800mm時，一般以Ts=（1.3～1.5）T，且不大于2.OT為宜。當管道直徑較小、管道不長時，Ts可以適當加大，Ts可以是T的2～10倍，把實際水錘壓力戶限定在安全范圍內。可通過調節閥門啟閉動作時間(3～120s)，使計算水錘壓力峰值小于1.5倍水泵工作壓力。這一點不同于液控緩閉閥，液控緩閉閥是通過快關、慢關兩階段實現的，在快關階段，關閉角度大，約為60％～80％，而時間很短，為1--2s；在慢關階段，關閉角度小。關閉時間如果太長，容易引起壓力管道中的水大量倒流，使水泵反轉速度超過允許值，或者造成壓力管道中的水柱被快速拉斷，部分管段出現真空，甚至產生斷流彌合水錘。
二、多功能水泵控制閥的水錘控制過程
多功能水泵控制閥是一種新型的水力控制閥門，一閥可同時替代現行水泵壓水管上的電動蝶(閘)閥、單向閥和水錘消除器，并能自動實現開泵時的緩開(準軟啟動)，停泵時的速閉／緩閉，基本上可以實現現行液控緩閉閥的功能，即兩階段關閉過程，有效地防止水錘事故的產生，而且它無任何電氣控制動力或外力油壓系統。在閥體設計上還采用了寬閥體流線型設計，有效地降低了水流阻力。
多功能水泵控制閥的水錘防護過程：水泵啟動前，閥門出口端壓力作用在主閥板上，主閥板處于關閉位置，同時膜片控制器的上腔連通壓力水，下腔則與閥門進口端的低壓相通。水泵啟動后，閥門進口壓力逐漸升高，同時壓力水通過閥門進口端的連接管線緩慢進入膜片控制器下腔，實現主閥板的緩慢開啟，開啟速度可通過控制閥進行調節。水泵(事故)停機時，閥門進口的壓力降低(見圖1)，
當接近零流量時，主閥板在自身重力作用下迅速關閉。因閥門進口端壓力降低(閥門出口端的壓力水通過連接管進入膜片控制器上腔)，下腔水通過閥門進口端的連接管壓回至閥門進口端，緩閉閥板緩慢關閉，慢關時間可通過控制閥進行調節。主閥板的速閉和緩閉閥板的緩閉符合給水系統的兩階段關閉規律，因此能有效地削減水錘壓力峰值。
附件設計：微止回閥的作用是保證閥門開啟的時間大于電機啟動時間，使電機輕載啟動；閥門開啟時間可根據現場工況壓力設定。控制閥可調節進出膜片控制器上下腔的水流速度，從而調節緩閉時間；在水泵正常運行時也可手動操作該閥來啟閉閥門。過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啟是由管道中的水流沖擊力大小決定的，流速高時主閥板開啟度大，流速減小時閥板開啟度小；流速接近于零時，主閥板關閉。整個過程與消除水錘的兩階段關閉原理相吻合，因此消除水錘效果很好。多功能水泵控制閥緩閉閥板的關閉，是在膜片式控制器上下腔形成壓力差后方能實現，即主閥板關閉后，緩閉閥板方能關閉，因此不會出現緩閉與速閉同步的現象。
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