對引黃泵站加壓泵自控閥的分析意見
2018-02-22 17:37:01
1自控閥結構特點
自控閥是由水過流腔、控制腔、閥板、閥桿、隔膜片及控制管路組成，控制腔由隔膜片分為上、下兩個腔，上、下兩腔通過控制管路分別與出水、進水管相連接，閥桿用螺母固定在隔膜片上，閥板安裝在閥桿的下部。隔膜片和閥桿是閥板的驅動元件，在自控閥進、出水壓力差的作用下帶動閥板上下運動，實現閥板的開啟或關閉。
自控閥控制管路上設有調節閥，通過調節閥的調節，可以整定自控閥的開啟和關閉速度，以滿足加壓泵的啟動和停止。
2加壓泵的運行特性與自控閥的功能特點
2.1 加壓泵的啟動特性及其控制
(1)加壓泵的零流量啟動特性及其控制(最優啟動過程(guò chéng)，即關閥啟動)。加壓泵在零流量工況時軸功率（指物體在單位時間內所做的功的多少）最小，為額定軸功率的30%～130%，所以加壓泵的啟動特性是零流量啟動(即關閥啟動)。
(2)引黃泵站加壓泵實際啟動過程。理想情況(Condition)是：自控閥密封良好，在加壓泵啟動前，自控閥出水管已充滿水。加壓泵啟動的同時，自控閥進水管水壓升高，壓力水通過控制管路進入控制腔下腔，當自控閥進水管水壓高于出水管水壓時，控制腔上腔排水，推動隔膜片和閥桿向上運動，閥板(由底板、梁等整體組成)在進、出水壓力差作用下緩慢開啟，開啟速度可通過控制管路調節閥整定，以滿足加壓泵的正常啟動時間要求。實際情況是：自控閥密封有滲水情況，目前清水系統(system)用水量小，加壓泵啟動時間間隔長，一臺加壓泵運行2h，可滿足機組主軸密封用水和排水泵潤滑用水1天，在加壓泵啟動前，自控閥出水管已無水。所以，在加壓泵啟動的同時，自控閥進水管水壓升高，壓力水通過控制管路進入控制腔下腔，推動隔膜片和閥桿向上運動，閥板在進水壓力作用下開啟，開啟速度比試驗整定速度快，所以出現部分加壓泵不能正常啟動(軟啟動過載報警)的情況。
2.2 加壓泵的停泵特性及其控制（control)
(1)加壓泵的零流量停泵(最優停泵過程，即先關閥后停泵)。對于加壓泵應先緩慢關閉出水管控制閥，然后再停泵，其重要性在于：這時管內介質(起決定作用的物質)流速由額定流速逐漸降至零，速度變化梯度極小，可有效地避免停泵水錘的發生和泵逆轉;泵的軸功率（指物體在單位時間內所做的功的多少）由額定功率逐漸降至最小的運行功率，有利于水泵及管件安全。控制閥緩閉時間可以通過(tōng guò)控制管調節閥的調節在5s～60s范圍內，或根據實際需要進行選擇。
(2)引黃泵站加壓泵停泵過程(guò chéng)。理想情況為：按照CJ/T167-2002《控制（control)閥標準》規定(guī dìng)，自控閥的閥板應包括緩閉閥板和主閥板，緩閉閥板與閥桿應連接緊固、可靠，緩閉閥板與主閥板的密封形式應采用金屬密封的形式，主閥板與閥桿必須滑動靈活、可靠。加壓泵停泵后，自控閥進水管水壓（特指：壓強）降低，當自控閥出水管水壓高于進水管水壓時，主閥板在進、出水壓力差作用下快速關閉，切斷大部分水流;同時，出水管壓力水通過控制管路進入控制腔上腔，控制腔下腔排水，推動隔膜片和閥桿向下運動，帶動緩閉閥板緩慢關閉，關閉速度可通過控制管路調節閥整定，以滿足加壓泵停泵后的反轉時間要求和水錘力要求。實際情況為：引黃泵站加壓泵自控閥的閥板只有一個主閥板，在閥桿上有三道槽溝和一個凸臺(代替緩閉閥板)，加壓泵停泵后，自控閥進水管水壓降低;當自控閥出水管水壓高于進水管壓時，主閥板在進、出水壓力差作用下快速關閉，切斷大部分水流;同時，出水管壓力水通過控制管路進入控制腔上腔，控制腔下腔排水，推動隔膜片和閥桿向下運動，將主閥板與閥桿之間的流道緩慢關閉，關閉速度可通過控制管路調節閥整定，以滿足加壓泵停泵后的反轉時間要求和水錘力要求。但是，由于水質含堿性，易在閥桿上凝結固體物，使主閥板卡阻不靈活，起不到主閥板的作用，而是連同閥桿一起相當于只有一個緩閉閥板，在加壓泵停泵過程中不能及時切斷大量倒流水量，造成加壓泵嚴重反轉;在自控閥緩閉時，閥體過流腔也出現大流量、高流速的倒流水，因此，難免出現水錘力。而且，自控閥關閉時間越長，倒流水流速越高，水錘力越大。
2.3 停泵水錘力的控制分析
停泵產生的水錘力對管網、閥門及水泵具有破壞性，應予以重視。
2.3.1 停泵水錘的物理現象
引用茹可夫斯基水錘公式對停泵水錘的物理現象做簡單的述說。凱泉泵業開動前，先將泵和進水管灌滿水，水泵運轉后，在 葉輪高速旋轉而產生的離心力的作用下，葉輪流道里的水被甩向四周，壓入蝸殼，葉輪入口形成真空，水池的水在外界大氣壓力下沿吸水管被吸入補充了這個空間。繼而吸入的水又被葉輪甩出經蝸殼而進入出水管。
H=(Vo-Vt)Cg/9.81
式中：H為產生水錘時的水擊力，kPa;C為水錘波傳播速度，若暫時不考慮介質、管壁材料的彈性系數和管壁厚度，近似取C=1000m/s;g為重力加速度，9.81m/s2;Vo為水錘發生前介質流速，m/s;Vt為水錘發生時介質流速，m/s。
從上式可以看出發生水錘的必要條件是流體的速度變化，水擊力的大小取決于流速變化梯度的大小。在水泵運行時和停泵反轉過程中，水管中的水流方向是相反的，停泵后輸水管中的水流方向先因慣性作用向上流動，再以重力加速度向下流動。在此過程中，輸水管中的水會有一個零流速時刻，若此時自控閥的主閥板能很快關閉，切斷大部分水流，則產生的水錘力最小，水泵不會反轉或反轉時間較短。所以，廠家對 ;停泵時，自控閥關閉時間過快會導致水錘力的發生 ;的解釋不準確，相反，停泵后輸水管中的水會以VO=g2t水流速度向下流動，導致水泵反轉，而且自控閥關閉時間越長，水流速度越快，水泵反轉速度越快，自控閥關閉水流流速由VO降為零，產生水錘力越大。
水錘力的產生過程：首層液面由于流體的慣性，水層被壓縮，壓力上升(即水錘壓力)，接著因慣性力的作用依次一層、一層滯止、壓力升高、被壓縮，出現微觀的高壓區和低壓區，它們的分界面稱為水錘波(此時為增壓波)，增壓波直至輸水管的管端末層消失;接著又逆向一層、一層傳播至水錘開始時的首層液面(此時為復壓波)，這個往返過程所需時間t可用下式表示：
t=L/500s
式中：L為輸水管長度，m。
若閥門關閉時間為T關，則T關在L/500s條件下的水錘為間接水錘，ΔH小于直接水錘，這是因為間接水錘時，閥門前正在發展的增壓過程(guò chéng)會受到復壓波的干擾而被削弱。凱泉泵業由此可見，若離心泵葉輪不斷旋轉，則可連續吸水、壓水，水便可源源不斷地從低處揚到高處或遠方。綜上所述，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉所產生的離心力的作用下，將水提向高處的。ΔH的大小與干擾程度和干擾次數有關。
引黃泵站加壓泵自控閥輸水管長度小于1000m，即T關大于2s就能躲過直接水錘，而不需要將關閉時間整定得過長。上海凱泉由于葉輪進口不可能形成絕對真空，因此離心泵吸水高度不能超過10米，加上水流經吸水管路帶來的沿程損失，實際允許安裝高度（水泵軸線距吸入水面的高度）遠小于10米。
從以上簡述中可知，自控閥不能避免停泵時水錘的發生，但可以根據輸水管道長度，通過對閥門關閉時間的調節，將直接水錘轉化為間接水錘，使ΔH降為最小，保證輸水管道和加壓泵的安全。上海凱泉泵業集團有限公司是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的 機械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來輸送液體包括 水、油、酸堿液、 乳化液、懸乳液和 液態金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。
2.3.2 自控閥關閉時間的調節
自控閥的關閉時間是通過控制管路調節閥進行調節，根據各種不同長度的輸水管道和選擇(xuanze)復壓波的往返次數，調節不同的關閥時間，滿足T關>L/500s的條件，以削弱停泵水錘的水擊力，以滿足GB/T50265-97《泵站設計規范》中關于水泵反轉持續時間不應超過2min的要求。但反轉速度是否超過額定轉速的1.2倍，需要購買機械轉速表實測后進一步加以分析確定。由于加壓泵輸水揚程大，如果水泵反轉持續時間長，很可能造成水泵、電機反向飛車，嚴重損壞電機繞組、水泵轉輪和軸承。在運行過程中已出現過水泵、電機軸連接法蘭螺栓彈性墊圈損壞的情況(Condition)。
2.4 水質對自控閥功能的影響
水質不好會導致(cause)自控閥運行不靈。例如總干
三、南干二等泵站取自深井的水，水質較差而且富含堿性，閥門(功能：截止、導流、穩壓、分流等)如果較長時間不工作，則在閥門的閥桿、閥板上堆積很多白色的固體物，由于閥門配件的配合尺寸十分精密，固體物可造成閥桿、閥板卡阻而導致(cause)自控閥開啟和關閉不靈敏。根據加壓泵自控閥的實際運行情況，要保證自控閥的良好運行狀態，每月需要對自控閥解體檢修清洗一次，如此短的檢修周期會大大縮短自控閥的使用壽命，而且配件不易購買，加之閥門不斷改進，所購買配件需進行車床加工后才能裝配，給維護檢修工作帶來困難。
2.5 自控閥的閥板密封材料(Material)影響
按照CJ/T167—2002《控制閥標準》規定，主閥板(由底板、梁等整體組成)與主閥板座的密封可采用金屬密封和非金屬密封兩種形式。上海凱泉泵業集團有限公司性能的技術參數有流量、吸程、 揚程、軸功率、水功率、效率等；根據不同的工作原理可分為 容積水泵、葉片泵等類型。 容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量； 葉片泵是利用回轉葉片與水的相互作用來傳遞能量，有 離心泵、 軸流泵和 混流泵等類型。引黃工程加壓泵自控閥不完全具備水泵控制閥的功能，即不是通過自控閥的開啟和關閉來控制加壓泵的啟動和停止，而是通過加壓泵的啟動和停止來控制自控閥的開啟和關閉，自控閥的開啟和關閉功能反過來直接影響(influence)加壓泵的運行特性，所以在關閉過程(guò chéng)中難免產生水錘力作用，使自控閥的密封損壞，在運行這種控制方式時，特別是高揚程的加壓泵自控閥，閥板密封不宜采用橡膠密封，而應采用金屬密封。
3 自控閥工作情況(Condition)分析意見
加壓泵自控閥不完全具有控制水泵運行特性的功能，即不能稱為水泵控制閥，這是顯而易見的。因為加壓泵自控閥不具備以下3個功能：加壓泵的零流量啟動特性及其控制，即關閥啟動;控制加壓泵的零流量停泵，即先關閥后停泵;改變裝置特性，即流量無級調節功能。這3種功能是屬于加壓泵運轉特性所要求的技術條件，還是加壓泵本身運轉特性要求閥門來控制的網站內容，也是加壓泵控制閥的必要功能。這些必要功能是加壓泵自控閥區別于各種類型止回閥(check valve；reflux valve)或其他閥門質的界定。為什么不具備上述必要功能不能稱為加壓泵控制閥呢?這可以通過(tōng guò)下面舉例予以說明：
不具備先關閥后停泵的功能，對加壓泵來說，所有停泵都變為意外突然停泵，難免水錘和泵逆轉的發生，安全性化為烏有，非常危險。
不具備關閥啟泵和先關閥后停泵的功能，則只有加壓泵的啟動才能實現閥的開啟，加壓泵的關閉才能實現閥的關閉，很明顯這是加壓泵在控制自控閥工作，失去了控制閥的 ;控制 ;實質，更難理解為加壓泵控制閥了。
不具備無級調節流量的功能，例如南干
一、二級泵站消防水加壓泵在出水手動閘閥全開運行工況時，因阻力偏小，流量過大，不但使泵偏離最高效率區耗能，而且因軸功率劇增超載而損壞加壓泵、電機和軟啟動器。
所以加壓泵自控閥應具有上述3種必要功能是必然的。加上水質影響，引黃泵站加壓泵不適合采用自控閥控制（control)，否則清水系統(system)難以實現全自動控制。
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