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多功能水泵控製閥的水錘防護特性及其利用

作者:亚美真人来源:[亚美真人公司]访问:399时间:2019-11-28

1 引言 水錘控製是給水管道係統設計的一項首要內容 。水錘的形成與閥門的迅速封閉/開啟有關,由於閥門封閉/開啟時間Ts與水錘波的相長T的差異,表現為直接水錘和間接水錘兩種形式。 當Ts﹤T時,在閥門封閉過程中,反射回來的水錘波尚未到達閥門時,閥已封閉,水錘波所產生的壓強增高值無幹擾感化,這類水錘稱為直接水錘,閥門開狀況與封閉狀況恰好相反,裝有普通止回閥的供水係統中經常產生直接水錘。 當Ts﹥T時,在閥門封閉過程中,反射回來的水錘波到達閥門時,閥門尚未完全封閉,水錘波導致的壓強增值受到了幹擾,水錘峰值被削減,這類水錘稱為間接水錘。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 。株洲南方閥門製造有限公司生產的多功能水泵控製閥,就是通過控製閥門的封閉狀況,造成間接水錘的形成條件來實現管道係統的水錘防護的。 2 水錘波增壓值的理論計算 給水係統水錘波的壓力峰值P為水泵的額定揚程P1和水錘壓力增值△P的迭加值即: P=P1+△P (1) (1)直接水錘壓力增值△P 按儒可夫斯基公式,可以計算供水係統中發生直接水錘時的壓力增值△P (2) △P—直接水錘的壓力增值,Kpa; V0—水錘產生前管道中的均勻流速,m/s; V—水錘產生後管道中的均勻流速,m/s; (3) 式中,K :水的彈性模量,N/m2;K=2.04 ×105N/cm2­; E:管壁材料的彈性模量,N/m2,鋼管或鋼筋混凝土管 ,EO=2.04×107N/cm2 D:供水管的直徑,mm; δ:供水管的管壁存度 ,mm; CO=K/ρ,在密度為ρ,彈性模量為K的無邊界液體介質中聲音的傳遞速度,對於水,CO=1425m/s。 從式(2)可以看出,當管道材料及其所輸送的介質確定今後,直接水錘的壓力增值△P,是管徑和流速的函數,△P=f(V,1/D) ,直接水錘的壓力增值△P隨著流速的增大而增大,隨著管徑的增加而減小。因此在工程設計中可以通過降低流速即增大管徑來降低水錘的危害。 (2)間接水錘壓力增值△P1的計算 間接水錘的壓力增值計算比較複雜,可按流體力學公式進行計算 △P=T/Ts·△P (4) △P'—間接水錘時的水壓增值,Kpa ; 由於發生間接水錘時,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。當閥門的封閉(開啟)時間Ts,水錘波的相長T確定以後,可以按(4)式直接計算間接水錘的壓力增值。在實際選用水泵多功能閥時,當直徑大於DN800時,一般以Ts=(1.3-1.5)T,Ts≯2.0T為宜。當管道直徑較小、管道不長時 ,Ts可以適當加大,閉閥曆時Ts可所以水錘相T=2L/C的2-10倍,把實際水錘壓力P限定在安全範圍內。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於1.5倍水泵工作壓力。這一點不同於液控緩閉閥,液控緩閉閥是通過快關 、慢關兩階段實現的,在快關階段,封閉角度大,約為60-80%,而時間很短,為1-2s;在慢關階段 ,封閉角度小。封閉時間太長,輕易引發壓力管道中的水大量倒流,使水泵反轉速度超過許可值,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。 2、多功能水泵控製閥的水錘控製過程 多功能水泵控製閥是一種新型的水力控製閥門,一閥可同時替換現行水泵壓水管上的電動蝶(閘)閥、單向閥和水錘消除器,並能主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 ,即兩階段關閥過程,有效地防止水錘事故的產生,但它無任何電氣控製動力或外力油壓係統。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。 多功能水泵控製閥的水錘防護過程 :水泵啟動前,閥門出口端壓力感化在主閥板上 ,主閥板處於封閉位置,同時膜片控製器的上腔連通壓力水,下腔則與閥門進口真個低壓相通。水泵啟動後,閥門進口壓力逐步升高,同時壓力水通過閥門進口真個連接管緩慢進進膜片控製器下腔,實現主閥板的緩慢開啟,開啟速度可通過控製閥進行調節。水泵停機時,閥門進口的壓力降低,當接近零流量時,主閥板在本身重力感化下迅速封閉 。因閥門進口端壓力降低,閥門出口真個壓力水通過連接管進進膜片控製器上腔,下腔水通過閥門進口真個連接管壓回至閥門進口端,緩閉閥板緩慢封閉,慢關時間可通過控製閥進行調節。主閥板的速閉和緩閉閥板的緩閉符合給水係統的兩階段封閉規律,是以能有效地削減水錘壓力峰值。 連接管的附件設計 :微止回閥的感化是保證閥門開啟的時間大於電機啟動時間,使電機輕載啟動;閥門開啟時間可根據現場工況壓力設定。控製閥可調節進出膜片控製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縱該閥來啟閉閥門。過濾器是保證膜片控製器上下腔中水的清潔度。由於閥門在開啟過程中水流是往複進出的,本身具有反衝洗的感化,是以也可用於介質較差的情況。 多功能水泵控製閥主閥板的開啟是由管道中的水流衝擊力大小決定的,流速高時主閥板開啟度大,流速減小時閥板開啟度小;流速接近於零時,主閥板封閉 。全部過程與消除水錘的兩階段封閉道理相吻合,是以消除水錘效果很好。 多功能水泵控製閥緩閉閥板的封閉,是在膜片式控製器上下腔形成壓力差後方能實現,即主閥板封閉後,緩閉閥板方能封閉,是以不會出現緩閉與速同步的現象。 3 利用實例 安康鐵路水廠改造工程: 設計水泵揚程80m,地形高差68.4m,設計流量850m3/h ,管口徑DN400 ,管長為6.0km,設計流速0.50—1.20m/s,C=980.4m/s,水錘波相長T為12.2s,Ts=2.25T=30s時,理論上,產生間接水錘的峰值為1.34Mpa ,安裝多功能水泵控製閥後,產生的停泵水錘壓力峰值為0.98Mpa;安裝普通止回閥停泵水錘壓力峰值則為1.88MPa。據現場測試,安裝JD745X—10DN400多功能水泵控製閥 ,緩閉時間為30s時,停泵壓力峰值為0.95MPa,小於1.20Mpa,而原配置為電動蝶閥和微阻緩閉蝶閥,停泵壓力峰值為1.2~1.4MPa。停泵後水泵最大反轉速度為600r/min,與原配置相同。經多處實踐使用證實,多功能水泵控製閥具有良好的水錘防護感化。1頁

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