钢铁企业水泵站供水阀门新技术─多功能水力控制阀.pdf

钢铁企业水泵站供水阀门新技术 一多功能水力控制阀 吴作成 天津天铁冶金集团公司水电厂，河北涉县0 5 6 4 0 4 C W T C ．0 7 ．0 8 8 【摘要】本文介绍一种全过程自动操作的新型水力阀门，一阀可替代水泵出水闸阀、止回阀和 水锤消除器等阀门的功能，指出了多功能水泵控制阀在循环水的应用趋势及生产运行的经济性。 [ 关键词】多功能水力控制阀 1 多功能水泵控制阀研发的背景及过程 多功能水泵控制阀是由株洲南方阀门股份有限公司于己于1 9 9 6 年研制开发的。 1 9 9 2 年，该公司调研了国内给排水界泵站阀门的应用情况后，了解到泵站阀门基本采用 传统的泵机阀门配制方式，也就是水泵出口安装手动阀门或电动阀门加止回阀和水锤消除器 的组合，大部分泵站采用泵出口安装手动阀门或电动阀门加微阻缓闭止回阀的组合，这些泵 机配制方式，或多或少的存在操作人员工作劳动强度大，阀门故障多，消除破坏性水锤不可 靠，使泵站运行存在安全隐患。于是。公司技术人员依据泵站运用情况，提出研制出一种兼 顾泵出口所有阀门的功能于一体的多功能阀门来。 t 9 9 3 年，该公司成功研制了液控自动闸阀。它的诞生取代了手动或电动扬水阀门，减轻 了操作人员的劳动强读度，同时具备使水泵轻载启动的功能，在一定的程度上使泵控阀门发 展前进了一大步。但是液控自动闸阀还是有其局限性，活塞缸容易生锈或被杂物卡阻，影响 安全，四通换向阀也存在同样问题。 1 9 9 6 年，该公司试制出膜片式多功能水泵控制阀，该阀门一阀代三阀的功能为一体，是 一种全自动操作阀门。 1 9 9 9 年，多功能水泵控制阀做了较大改进，采用Y 型阀体结构。并得到更为广泛的应 用。 2 多功能水泵控制阀结构和工作原理 多功能水泵控制阀是一种新型水力控制阀门，一阀可替代电动阀、止回阀和水锤消除器 三种装置。它能自动实现开泵时的缓开，停泵时的速闭与缓闭，无需任何电气控制与其它动 力和人力，也无需油压装置。其工作原理为 5 1 1 水泵启动前，阀门出口端的压力水作用在主阀板上，阀门处于关闭状态；水泵启动时，阀门不会马上开启，只有当压力达到一定值以后，压力水才会从旁通管进入膜片控制器下腔，推动膜片压板，带动阀杆和缓闭阀板一起上升，阀门在微止回阎的限流作用下缓慢打开，从而保护水泵轻载启动，多功能水泵控制阀实现扬水阀的功能。由于多功能水泵控制阀有两个阀板，主阀板和缓闭阀板。主阀板是空套在阀杆上靠水流托起。停泵时，水流减慢，主阀板在自身重力的作用下迅速下滑，在水流接近于零的时候关闭，实现速闭防止水锤波的产生。同时主阀板上有泄流孔，允许一小部分水回流，阀门的前后形成压力差，出口端的压力高于进口端；出口端的高压水通过旁通管进入膜片控制室的上腔，推动膜片压板带动阀杆和缓闭阀板一起，把主阀板上的泄流孔缓慢关闭，从而实现消除可能产生的水锤。多功能水泵控制阀的整个运行过程都是利用阀门前后的压力差来实现的，因此它具有．①无需操作控制。利用水泵启停时阀门前后的水压差作为控制动力，具有随水泵的启闭而自动启闭的功能。完全消除人为、设备等引起的误操作。②阀门启闭动作过程能有效地因防止水锤压力波的升高。据现场使用情况调查和实测，停泵水锤压力峰值均在工作压力的1 ．3倍以内。⑨无需现场调试，适用工况范围广。④基本无需维修。由于其结构简单，一阀替代三阀，维护维修工作量大大减少。⑤阻力损失小。⑥采用流线型、宽阀体设计。注1 ．阀体；2 ．主阀板座；3 ．进水调节阀；4 ．主阀板；5 ．过滤器；6 ．缓闭阀板；7 ．微止回阀；8 ．阀杆；9 ．膜片座；1 0 ．衬套；1 1 ．膜片；1 2 ．膜片压板；1 3 ．阀盖；1 4 ．控制管；1 5 ．出水调节阀图l多功能水泵控制阀结构示意图’5 1 2 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 3 设计安装方式 由于多功能水泵控制阀具有代替止回阀、电动阀和水锤消除器的功能，因此，泵站设计 时可直接安装在水泵的出口管道上。为了便于检修，在多功能水泵控制阀的后面再装一个闸 阀或蝶阀作为检修阀；为了提高多功能阀的稳定性，可在多功能阀的底部设立固定支撑。见 图2 所示，这种设计安装方式非常实用，占地面积小，操作简单，只需控制水泵，整个系统 就能按照水泵操作规程自动运行，能够实现遥控和自动化操作，系统运行可靠，维护费用低。 图2 多功能水泵控制阀设计安装示意图 4 多功能水泵控制阀几个技术问题 4 ．1 连接管的部件设计 控制管不易被堵塞，因为流经控制管的水量少，时间短，只在启停泵时才有水流流过， 同控制管有反冲洗作用，启泵时，进口端的旁通管水流是流迸膜片控制室的下腔，出口端是 流出膜片控制室的上腔，停泵时，正好相反。进口端的旁通管水流是从下腔流出，出口端是 流入膜片控制室的上腔，从而能有效清理旁通管残留的杂物，保证管路畅通。 微止回阀的作用是保证阀门开启的时间大于电机启动时间，使电机轻载启动同时避免 因开阀速度过快而导致启泵水锤。阀门开启时间可由控制阀根据现场工况压力设定。 控制阀可调节进出膜片控制器上下腔的水流速度，从而调节缓闭时间；关闭时可检修膜 片控制器在水泵正常运行时也可手动操作该阀来启闭阀门。 4 ．2 阀门的消除水锤特性 从产生破坏性水锤的原理可知，减小水锤升压主要有2 个因素①在刚被切断前的水流 速度v 尽可能小 接近于零 时关闭主阀板；②使闭阀历时t 是水锤相u 2 L ／a a 一压力波传递 5 1 3 w w w . b z f x w . c o m 嗍勰禳2 0 0 幽水处理技术研讨会论文集2 0 0 7 年l o 月速度，m ／s 卜管长，m 的5 ～1 0 倍，就可以把实际水锤压力h 限定在安全范围内，从而消除破坏性的水锤危害。多功能水泵控制阀是一种新型的水力控制阀门，一阀可同时替代现行水泵压水管上的电动蝶 闸 阀、单向阀和水锤消除器，并能自动实现开泵时的缓开 准软启动 ，停泵时的速闭／缓闭，基本上可以实现现行液控缓闭阀的功能，即两阶段关阀过程，有效地防止水锤事故的产生，但它无任何电气控制动力或外力油压系统。在阀体设计上还采用了宽阀体流线型设计，有效地降低了水流阻力。多功能水泵控制阀的水锤防护过程水泵启动前，阀门出口端压力作用在主阀板上，主阀板处于关闭位置，同时膜片控制器的上腔连通压力水，下腔则与阀门进口端的低压相通。水泵启动后，阀门进口压力逐渐升高，同时压力水通过阀门进口端的连接管缓慢进入膜片控制器下腔，实现主阀板的缓慢开启，开启速度可通过控制阀进行调节。水泵停机时，阀门进口的压力降低，当接近零流量时，主阀板在自身重力作用下迅速关闭。因阀门进口端压力降低，阀门出口端的压力水通过连接管进入膜片控制器上腔，下腔水通过阀门进口端的连接管压回至阀门进口端，缓闭阀板缓慢关闭，慢关时间可通过控制阀进行调节。主阀板的速闭和缓闭阀板的缓闭符合给水系统的两阶段关闭规律，因此能有效地削减水锤压力峰值。连接管的附件设计微止回阀的作用是保证阀门开启的时间大于电机启动时间，使电机轻载启动；阀门开启时间可根据现场工况压力设定。控制阀可调节进出膜片控制器上下腔的水流速度，从而调节缓闭时间；在水泵正常运行时也可手动操作该阀来启闭阀门。过滤器是保证膜片控制器上下腔中水的清洁度。由于阀门在开启过程中水流是往复进出的，本身具有反冲洗的作用，因此也可用于介质较差的情况。多功能水泵控制阀主阀板的开启是由管道中的水流冲击力大小决定的，流速高时主阀板开启度大，流速减小时阀板开启度小；流速接近于零时，主阀板关闭。整个过程与消除水锤的两阶段关闭原理相吻合，因此消除水锤效果很好。多功能水泵控制阀缓闭阀板的关闭，是在膜片式控制器上下腔形成压力差后方能实现，即主阀板关闭后，缓闭阀板方能关闭，因此不会出现缓闭与速同步的现象。4 ．3 多功能水泵控制阀自动控制技术 1 多功能水泵控制阀是利用阀门前后存在的压力差来实现阀门的启闭运行的。 2 自动实现闭闸轻载启动。启泵前，阀前的压力小于阀后的压力，阀门是关闭的启泵时，随着阀前的压力逐渐升高，阀前的压力逐渐大于阀后的压力，阀前的压力介质由旁通管通过微止回阀缓慢进入阀门的膜片下腔，打开阀门。 3 阀门关闭停泵、停电、意外失电或水泵机组机械故障造成的停泵时，阀前的压力下降，水泵出现零流量时，阀门的主阀板在自重力的作用下自动快速关闭，阀前的压力小于阀后的压力，膜片压板会推着固定在阀杆上的缓闭阀板缓慢关闭阀板上的泄流孔，实现二阶段关闭的功能。 4 全过程自动控制无需任何油压、电器等辅助控制设施。4 ．4 阀门的阻力特性为了减少水流阻力，设计中减轻了主阀板的重量，同时采用了流线型宽敞的阀体设计。经湖南省水力机械质监授权站检测，D N 2 0 0 多功能水泵控制阀阻力系数约为3 ．8 ，而同规格管5 1 4 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 道的旋启式止回阀阻力系数值为5 ．5 。 4 ．5 膜片的设计 膜片的质量是直接影响阀门使用效果和使用寿命的关键部件，经过多种筛选，选用了氯 丁橡胶为原材料，中间用尼龙纤维网进行加强；经湖南省橡胶质监授权站检测，疲劳弯曲1 2 0 万次无破裂，可使用1 0 年以上。 ． 4 ．6 维修 无其它 I - 力D 液压或电动元件，基本无需维修，且采用宽型阀盖，可将阀内部件全部取出， 维修方便。 产品的寿命及运行成本 5 ．1 产品的寿命 多功能水泵控制阀是一种膜片式水力控制阀门，膜片质量直接影响阀门使用效果和使用 寿命。膜片制做选用了聚氯丁橡胶为原材料，中间用尼龙纤维隔进行加强，其动作在1 2 0 万 次以上无破损。 祥见湖南省橡胶与橡胶制品质量监督检验授权站膜片检验报告 。 5 ．2 运行成本 多功能水泵控制阀结构简单，无易损件，基本无需维修。例如深圳平湖水厂，用户使用 了多功能水泵控制阀五、六年，没有维修过一次，节约了停机损失的费用。 6 多功能水泵控制阀技术性能及特点 6 ．1 规格D N 5 0 “ - - , D N l2 0 0 6 ．2 技术参数 1 公称压力1 ．O M P a 、1 ．6 M P a 、2 ．5 M P a 、4 ．O M P a 、6 ．4 M P a 2 最低动作压力0 ．0 5 M P a 3 适用介质原水、清水、污水、油品、酸液、碱液等 4 介质温度0 “ - - 8 0 ℃ 5 缓闭时间3 ～1 2 0 秒 可调节 6 水锤峰值≤1 ．3 倍水泵出口额定压力 ’ 7 水泵最高反转速度≤1 ．2 倍水泵额定转速 8 阻力损失比旋启式止回阀减少约3 1 ％ 9 膜片疲劳弯曲1 2 0 万次无破损 6 ．3 特点 1 采用国际最先进的“Y ”型宽阕体、流线型、半直线型流道基本结构，并经过改进创 新，阻力损失比国外同类产品降低5 0 ％以上。“Y ”形宽阀体结构还具有过流量大、重量轻、 抗气蚀破坏能力强的特点。 2 采用双室膜片控制方式替代活塞式控制方式，具有以下优点； ①平稳地止水关闭，而不产生压力波动②可实现快速灵敏的动作反应③无运动磨损； 5 1 5 w w w . b z f x w . c o m 嘲勰禳2 0 0 7 全国水处理技术研讨会论文集2 0 0 7 年1 0 月④不会因杂质而产生漏水；⑤对泥砂淤积不敏感；⑥没有需定期更换的密封件；⑦不需要润滑。． 3 缓闭阀板与主阀板间采用金属密封的型式，主阀板与主阀板座间采用新型专利“T ”形丁晴橡胶圈密封和金属密封双重密封的型式，无运动磨损，密封性能可靠，使用寿命长。 4 阀体材质选用铸钢 W C B 符合行业标准C J ／T 1 6 7 ．2 0 0 2 多功能水泵控制阀的规定，其抗拉强度、抗压强度及延伸率均优于球墨铸铁。 5 膜片采用特制橡胶加尼龙网加强，经湖南省橡胶与橡胶制品质量监督检验授权站检验膜片疲片疲劳弯曲次数在1 2 0 万次以上无龟裂现象。 6 消除水锤装置与阀门启闭动作完全连锁，具有速闭、缓闭、吸纳水锤的功能。 7 无需水锤计算，无需现场专业调试，快关时间自动相应于零流量时间。这就避免了计算误差、调试误差和控制误差而造成的可能水锤危害。 8 全过程自动操作。开泵时，利用管道中水的压力上升而使阀门自动缓慢打开，使电机空载起动，降低启动冲击电流，保证了电气设备和元件的安全使用，同时避免了开泵水锤停泵时，阀门自动实现二阶段关闭，非常适合于现代化水厂的自动控制。 9 没有电器和油压元件，7 也没有重锤，并且能可靠地消除停泵水锤的冲击，因此故障点少，基本无需维修，使用寿命长。，Q o 控制管路具有反冲洗功能。在开阀和关阀过程中，控制管路水流方向相反，可将过滤器中杂质冲洗干净。这就使过滤器不易堵塞，能适应于原水、污水等水质较差的工况。a D 阀体内、外表面喷涂高分子涂料，提高表面防腐性能。∞多功能水泵控制阀的双室膜片控制结构，可实现阀门在线维护，大大降低维修时间和费用。7 结语 1 由于该阀所具有的结构特性和集多种功能于一体，建设部颁布了该阀的行业标准及应用规程，一些国家标准和部颁标准也对多功能水泵控制阀进行了推广使用，因此该阀在钢铁企业中具有良好的推广和应用前景。 2 通过调查、对比及实际应用，多功能水泵控制阀确有以一阀代替三阀的作用，它的先进性表现在以简代繁、省事、省心、省钱，使我们在确保运行安全和繁复的日常维护中解放出来，使得工人从操作到检修维护上变得简单起来了。 3 多功能水泵控制阀是值得大力推广的先进水力控制阀门，它尤适合于启闭操作频繁的工况下应用。参考文献【l 】株洲南方阀门股份有限公司．多功能水泵控制阀研发的背景及过程2 0 0 5 ．91 2 】株洲南方阀门股份有限公司．多功能水泵控制阀技术性能说明2 0 0 5 ．95 1 6 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载