对引黄泵站加压泵自控阀的分析意见
2018-02-22 17:37:01
1自控阀结构特点
自控阀是由水过流腔、控制腔、阀板、阀杆、隔膜片及控制管路组成，控制腔由隔膜片分为上、下两个腔，上、下两腔通过控制管路分别与出水、进水管相连接，阀杆用螺母固定在隔膜片上，阀板安装在阀杆的下部。隔膜片和阀杆是阀板的驱动元件，在自控阀进、出水压力差的作用下带动阀板上下运动，实现阀板的开启或关闭。
自控阀控制管路上设有调节阀，通过调节阀的调节，可以整定自控阀的开启和关闭速度，以满足加压泵的启动和停止。
2加压泵的运行特性与自控阀的功能特点
2.1 加压泵的启动特性及其控制
(1)加压泵的零流量启动特性及其控制(最优启动过程(guò chéng)，即关阀启动)。加压泵在零流量工况时轴功率（指物体在单位时间内所做的功的多少）最小，为额定轴功率的30%～130%，所以加压泵的启动特性是零流量启动(即关阀启动)。
(2)引黄泵站加压泵实际启动过程。理想情况(Condition)是：自控阀密封良好，在加压泵启动前，自控阀出水管已充满水。加压泵启动的同时，自控阀进水管水压升高，压力水通过控制管路进入控制腔下腔，当自控阀进水管水压高于出水管水压时，控制腔上腔排水，推动隔膜片和阀杆向上运动，阀板(由底板、梁等整体组成)在进、出水压力差作用下缓慢开启，开启速度可通过控制管路调节阀整定，以满足加压泵的正常启动时间要求。实际情况是：自控阀密封有渗水情况，目前清水系统(system)用水量小，加压泵启动时间间隔长，一台加压泵运行2h，可满足机组主轴密封用水和排水泵润滑用水1天，在加压泵启动前，自控阀出水管已无水。所以，在加压泵启动的同时，自控阀进水管水压升高，压力水通过控制管路进入控制腔下腔，推动隔膜片和阀杆向上运动，阀板在进水压力作用下开启，开启速度比试验整定速度快，所以出现部分加压泵不能正常启动(软启动过载报警)的情况。
2.2 加压泵的停泵特性及其控制（control)
(1)加压泵的零流量停泵(最优停泵过程，即先关阀后停泵)。对于加压泵应先缓慢关闭出水管控制阀，然后再停泵，其重要性在于：这时管内介质(起决定作用的物质)流速由额定流速逐渐降至零，速度变化梯度极小，可有效地避免停泵水锤的发生和泵逆转;泵的轴功率（指物体在单位时间内所做的功的多少）由额定功率逐渐降至最小的运行功率，有利于水泵及管件安全。控制阀缓闭时间可以通过(tōng guò)控制管调节阀的调节在5s～60s范围内，或根据实际需要进行选择。
(2)引黄泵站加压泵停泵过程(guò chéng)。理想情况为：按照CJ/T167-2002《控制（control)阀标准》规定(guī dìng)，自控阀的阀板应包括缓闭阀板和主阀板，缓闭阀板与阀杆应连接紧固、可靠，缓闭阀板与主阀板的密封形式应采用金属密封的形式，主阀板与阀杆必须滑动灵活、可靠。加压泵停泵后，自控阀进水管水压（特指：压强）降低，当自控阀出水管水压高于进水管水压时，主阀板在进、出水压力差作用下快速关闭，切断大部分水流;同时，出水管压力水通过控制管路进入控制腔上腔，控制腔下腔排水，推动隔膜片和阀杆向下运动，带动缓闭阀板缓慢关闭，关闭速度可通过控制管路调节阀整定，以满足加压泵停泵后的反转时间要求和水锤力要求。实际情况为：引黄泵站加压泵自控阀的阀板只有一个主阀板，在阀杆上有三道槽沟和一个凸台(代替缓闭阀板)，加压泵停泵后，自控阀进水管水压降低;当自控阀出水管水压高于进水管压时，主阀板在进、出水压力差作用下快速关闭，切断大部分水流;同时，出水管压力水通过控制管路进入控制腔上腔，控制腔下腔排水，推动隔膜片和阀杆向下运动，将主阀板与阀杆之间的流道缓慢关闭，关闭速度可通过控制管路调节阀整定，以满足加压泵停泵后的反转时间要求和水锤力要求。但是，由于水质含碱性，易在阀杆上凝结固体物，使主阀板卡阻不灵活，起不到主阀板的作用，而是连同阀杆一起相当于只有一个缓闭阀板，在加压泵停泵过程中不能及时切断大量倒流水量，造成加压泵严重反转;在自控阀缓闭时，阀体过流腔也出现大流量、高流速的倒流水，因此，难免出现水锤力。而且，自控阀关闭时间越长，倒流水流速越高，水锤力越大。
2.3 停泵水锤力的控制分析
停泵产生的水锤力对管网、阀门及水泵具有破坏性，应予以重视。
2.3.1 停泵水锤的物理现象
引用茹可夫斯基水锤公式对停泵水锤的物理现象做简单的述说。凯泉泵业开动前，先将泵和进水管灌满水，水泵运转后，在 叶轮高速旋转而产生的离心力的作用下，叶轮流道里的水被甩向四周，压入蜗壳，叶轮入口形成真空，水池的水在外界大气压力下沿吸水管被吸入补充了这个空间。继而吸入的水又被叶轮甩出经蜗壳而进入出水管。
H=(Vo-Vt)Cg/9.81
式中：H为产生水锤时的水击力，kPa;C为水锤波传播速度，若暂时不考虑介质、管壁材料的弹性系数和管壁厚度，近似取C=1000m/s;g为重力加速度，9.81m/s2;Vo为水锤发生前介质流速，m/s;Vt为水锤发生时介质流速，m/s。
从上式可以看出发生水锤的必要条件是流体的速度变化，水击力的大小取决于流速变化梯度的大小。在水泵运行时和停泵反转过程中，水管中的水流方向是相反的，停泵后输水管中的水流方向先因惯性作用向上流动，再以重力加速度向下流动。在此过程中，输水管中的水会有一个零流速时刻，若此时自控阀的主阀板能很快关闭，切断大部分水流，则产生的水锤力最小，水泵不会反转或反转时间较短。所以，厂家对 ;停泵时，自控阀关闭时间过快会导致水锤力的发生 ;的解释不准确，相反，停泵后输水管中的水会以VO=g2t水流速度向下流动，导致水泵反转，而且自控阀关闭时间越长，水流速度越快，水泵反转速度越快，自控阀关闭水流流速由VO降为零，产生水锤力越大。
水锤力的产生过程：首层液面由于流体的惯性，水层被压缩，压力上升(即水锤压力)，接着因惯性力的作用依次一层、一层滞止、压力升高、被压缩，出现微观的高压区和低压区，它们的分界面称为水锤波(此时为增压波)，增压波直至输水管的管端末层消失;接着又逆向一层、一层传播至水锤开始时的首层液面(此时为复压波)，这个往返过程所需时间t可用下式表示：
t=L/500s
式中：L为输水管长度，m。
若阀门关闭时间为T关，则T关在L/500s条件下的水锤为间接水锤，ΔH小于直接水锤，这是因为间接水锤时，阀门前正在发展的增压过程(guò chéng)会受到复压波的干扰而被削弱。凯泉泵业由此可见，若离心泵叶轮不断旋转，则可连续吸水、压水，水便可源源不断地从低处扬到高处或远方。综上所述，离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下，将水提向高处的。ΔH的大小与干扰程度和干扰次数有关。
引黄泵站加压泵自控阀输水管长度小于1000m，即T关大于2s就能躲过直接水锤，而不需要将关闭时间整定得过长。上海凯泉由于叶轮进口不可能形成绝对真空，因此离心泵吸水高度不能超过10米，加上水流经吸水管路带来的沿程损失，实际允许安装高度（水泵轴线距吸入水面的高度）远小于10米。
从以上简述中可知，自控阀不能避免停泵时水锤的发生，但可以根据输水管道长度，通过对阀门关闭时间的调节，将直接水锤转化为间接水锤，使ΔH降为最小，保证输水管道和加压泵的安全。上海凯泉泵业集团有限公司是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的 机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括 水、油、酸碱液、 乳化液、悬乳液和 液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。
2.3.2 自控阀关闭时间的调节
自控阀的关闭时间是通过控制管路调节阀进行调节，根据各种不同长度的输水管道和选择(xuanze)复压波的往返次数，调节不同的关阀时间，满足T关>L/500s的条件，以削弱停泵水锤的水击力，以满足GB/T50265-97《泵站设计规范》中关于水泵反转持续时间不应超过2min的要求。但反转速度是否超过额定转速的1.2倍，需要购买机械转速表实测后进一步加以分析确定。由于加压泵输水扬程大，如果水泵反转持续时间长，很可能造成水泵、电机反向飞车，严重损坏电机绕组、水泵转轮和轴承。在运行过程中已出现过水泵、电机轴连接法兰螺栓弹性垫圈损坏的情况(Condition)。
2.4 水质对自控阀功能的影响
水质不好会导致(cause)自控阀运行不灵。例如总干
三、南干二等泵站取自深井的水，水质较差而且富含碱性，阀门(功能：截止、导流、稳压、分流等)如果较长时间不工作，则在阀门的阀杆、阀板上堆积很多白色的固体物，由于阀门配件的配合尺寸十分精密，固体物可造成阀杆、阀板卡阻而导致(cause)自控阀开启和关闭不灵敏。根据加压泵自控阀的实际运行情况，要保证自控阀的良好运行状态，每月需要对自控阀解体检修清洗一次，如此短的检修周期会大大缩短自控阀的使用寿命，而且配件不易购买，加之阀门不断改进，所购买配件需进行车床加工后才能装配，给维护检修工作带来困难。
2.5 自控阀的阀板密封材料(Material)影响
按照CJ/T167—2002《控制阀标准》规定，主阀板(由底板、梁等整体组成)与主阀板座的密封可采用金属密封和非金属密封两种形式。上海凯泉泵业集团有限公司性能的技术参数有流量、吸程、 扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为 容积水泵、叶片泵等类型。 容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量； 叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有 离心泵、 轴流泵和 混流泵等类型。引黄工程加压泵自控阀不完全具备水泵控制阀的功能，即不是通过自控阀的开启和关闭来控制加压泵的启动和停止，而是通过加压泵的启动和停止来控制自控阀的开启和关闭，自控阀的开启和关闭功能反过来直接影响(influence)加压泵的运行特性，所以在关闭过程(guò chéng)中难免产生水锤力作用，使自控阀的密封损坏，在运行这种控制方式时，特别是高扬程的加压泵自控阀，阀板密封不宜采用橡胶密封，而应采用金属密封。
3 自控阀工作情况(Condition)分析意见
加压泵自控阀不完全具有控制水泵运行特性的功能，即不能称为水泵控制阀，这是显而易见的。因为加压泵自控阀不具备以下3个功能：加压泵的零流量启动特性及其控制，即关阀启动;控制加压泵的零流量停泵，即先关阀后停泵;改变装置特性，即流量无级调节功能。这3种功能是属于加压泵运转特性所要求的技术条件，还是加压泵本身运转特性要求阀门来控制的网站内容，也是加压泵控制阀的必要功能。这些必要功能是加压泵自控阀区别于各种类型止回阀(check valve；reflux valve)或其他阀门质的界定。为什么不具备上述必要功能不能称为加压泵控制阀呢?这可以通过(tōng guò)下面举例予以说明：
不具备先关阀后停泵的功能，对加压泵来说，所有停泵都变为意外突然停泵，难免水锤和泵逆转的发生，安全性化为乌有，非常危险。
不具备关阀启泵和先关阀后停泵的功能，则只有加压泵的启动才能实现阀的开启，加压泵的关闭才能实现阀的关闭，很明显这是加压泵在控制自控阀工作，失去了控制阀的 ;控制 ;实质，更难理解为加压泵控制阀了。
不具备无级调节流量的功能，例如南干
一、二级泵站消防水加压泵在出水手动闸阀全开运行工况时，因阻力偏小，流量过大，不但使泵偏离最高效率区耗能，而且因轴功率剧增超载而损坏加压泵、电机和软启动器。
所以加压泵自控阀应具有上述3种必要功能是必然的。加上水质影响，引黄泵站加压泵不适合采用自控阀控制（control)，否则清水系统(system)难以实现全自动控制。
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