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當(dāng)前位置:永嘉縣弘凌泵閥有限公司 >>技術(shù)文章>>多功能水泵控制閥的功能特征
一、多功能水泵控制閥結(jié)構(gòu)
控制閥的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1(圖示為開(kāi)啟狀態(tài))。
控制閥結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是取消了閥座中間的定位機(jī)構(gòu)和閥 瓣上側(cè)的彈簧,而且在閥瓣的下側(cè)設(shè)計(jì)了導(dǎo)流板,zui大限度減少了介質(zhì)過(guò)流時(shí)的機(jī)械損失和閥 瓣下側(cè)穹腔內(nèi)的旋渦損失。以缸體內(nèi)的活塞作驅(qū)動(dòng)元件,在介質(zhì)自身壓力作用下帶動(dòng)閥瓣作 上下運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)閥的開(kāi)啟或關(guān)閉?;钊?、啟閉件、連同缸體配置在閥體上,流線(xiàn)形、寬閥腔 的閥體,不但水頭損失可以比同類(lèi)產(chǎn)品減少30%以上,而且具有良好的抗氣蝕性能。
以電磁閥換向機(jī)構(gòu)(下稱(chēng)電磁閥)和壓力管路組成伺服系統(tǒng), 取控制閥兩端的壓力水為驅(qū)動(dòng)源,通過(guò)電信號(hào)指令,任意一端的壓力水都能實(shí)現(xiàn)水泵控制閥 在設(shè)定的時(shí)刻和速度執(zhí)行泵的開(kāi)啟或關(guān)閉。
二、泵的運(yùn)行特性與控制閥的功能特點(diǎn)、工作原理
1.泵的啟動(dòng)特性及其控制,
a)離心泵的零流量啟動(dòng)特性及其控制(即關(guān)閥啟動(dòng))
離心泵在零流量工況時(shí)軸功率zui小,為額定軸功率的30%- 90%,所以離心泵的啟動(dòng)特性是零流量啟動(dòng)(即關(guān)閥啟動(dòng))。待泵至額定轉(zhuǎn)速之后控制閥按 設(shè)定的速度緩慢開(kāi)啟。
工作原理:泵啟動(dòng)時(shí)(前)壓力水經(jīng)過(guò)設(shè)有延時(shí)的電磁閥流向 缸體內(nèi)活塞上腔,而活塞下腔通過(guò)缸體下端經(jīng)電磁閥通向大氣,此時(shí)控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)。
電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償啟動(dòng)結(jié)束,泵正常運(yùn)轉(zhuǎn),電磁閥即執(zhí)行換向指令 ,切斷活塞上腔壓力水源、關(guān)閉缸體下端通向大氣的回路,同時(shí)將壓力水經(jīng)電磁閥注入缸內(nèi)活 塞下腔、打開(kāi)活塞上腔通向大氣的回路,活塞上腔的水經(jīng)電磁閥排出閥外,控制閥按設(shè)定的 速度緩慢開(kāi)啟,完成并滿(mǎn)足了離心泵在零流量時(shí)軸功率zui小的啟動(dòng)特性,保證泵機(jī)組的安全 運(yùn)轉(zhuǎn)。
b)軸流泵的大流量啟動(dòng)特性及其控制(即全開(kāi)閥啟動(dòng))
軸流泵在零流量工況時(shí)軸功率zui大,為額定軸功率的140% ~200%,所以軸流泵的啟動(dòng)特性應(yīng)是大流量啟動(dòng)(即全開(kāi)閥啟動(dòng))。
工作原理:控制閥滿(mǎn)足軸流泵全開(kāi)閥啟動(dòng)的工作原理是離 心泵關(guān)閥啟動(dòng)的逆運(yùn)行,即電磁閥先工作,將閥全開(kāi)后,泵再啟動(dòng)。參閱a)條,不贅述。
軸流泵啟動(dòng)前,這時(shí)閥的進(jìn)口壓力為零,控制閥利用閥出 水端的介質(zhì)壓力將閥開(kāi)啟,而離心泵啟動(dòng)時(shí)是利用閥進(jìn)水端的介質(zhì)壓力將閥開(kāi)啟。無(wú)論閥的哪 一端介質(zhì)都能實(shí)現(xiàn)控制閥的開(kāi)或啟,這是水泵控制閥功能的重要特征之一。
c)控制混流泵的啟動(dòng)特征
混流泵在零流量工況時(shí)軸功率介于上述兩種泵之間,為額 定功率的100%~130%,所以混流泵的啟動(dòng)特性也應(yīng)是上述兩種泵之間,一般可選擇泵啟動(dòng)與 控制閥的緩慢開(kāi)啟同步進(jìn)行。
工作原理:工作原理與控制離心泵零流量啟動(dòng)特性相同, 只要取消電磁閥的延時(shí)設(shè)置即可。
2.停泵及其控制
a)控制離心泵的零流量停泵(即先關(guān)閥后停泵)
對(duì)于離心泵,先緩慢關(guān)閉控制閥,然后再停泵的重要性在 于:這時(shí)管內(nèi)介質(zhì)流速由額定流速逐漸降至為零,速度變化梯度極小,可有效的避免停泵水錘 的發(fā)生和泵的逆轉(zhuǎn);泵的軸功率由額定功率逐漸降至zui小的運(yùn)行功率,有利于機(jī)組安全。
工作原理:需要停泵時(shí),只要先切斷電磁閥的控制電源, 電磁閥即執(zhí)行換向指令,關(guān)閉活塞下腔的壓力水源和活塞上腔通大氣的回路,同時(shí)開(kāi)啟活塞上 腔的壓力水源和活塞下腔通大氣的回路,即以進(jìn)口壓力水作驅(qū)動(dòng)源,緩慢關(guān)閉控制閥,等控 制閥全關(guān)閉后,通過(guò)限位開(kāi)關(guān)指令泵即停止運(yùn)轉(zhuǎn),全過(guò)程為自動(dòng)控制。
控制閥緩閉時(shí)間可以通過(guò)節(jié)流閥的調(diào)節(jié)在5~60s范圍內(nèi)或根 據(jù)用戶(hù)需要進(jìn)行選擇。
b)控制軸流泵、混流泵的停泵
軸流泵、混流泵的停泵功能和工作原理與上述內(nèi)容相仿, 不贅。
3.改變裝置特性(即流量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)功能)
改變裝置特性屬于對(duì)泵運(yùn)行工況調(diào)節(jié)的范疇,zui常用的是 節(jié)流法,也稱(chēng)閥門(mén)調(diào)節(jié)法,利用開(kāi)大或關(guān)小閥門(mén)的開(kāi)度;改變泵裝置中的阻力系數(shù)ξ,從而使 管路的供水特性h=f(q)發(fā)生變化,以達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。
控制閥從全閉至全開(kāi)之間,閥的開(kāi)度可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),由開(kāi) 度顯示器顯示開(kāi)度,并予以記憶和穩(wěn)定。
多功能水泵控制閥工作原理:
a)流量由小調(diào)大
活塞下腔的壓力水注入管路和活塞上腔與大氣相通的回路 開(kāi)啟,同時(shí)活塞上腔的壓力水注入管路和活塞下腔與大氣相通的回路關(guān)閉,這時(shí)閥瓣緩慢開(kāi)啟 ,達(dá)到設(shè)定流量時(shí),控制電路即按指令將活塞上、下腔與大氣相通的回路關(guān)閉,同時(shí)將活塞 上、下腔壓力水注入管路開(kāi)啟,這時(shí)活塞上、下兩側(cè)總壓力相等,活塞處于靜 止,整個(gè)缸體內(nèi)成為密閉狀態(tài),穩(wěn)定了閥的開(kāi)度,并由開(kāi)度顯示器顯示開(kāi)度。
b)流量由大調(diào)小
是a)條的逆運(yùn)作,不贅。
上述控制電路的指令可由限位開(kāi)關(guān)執(zhí)行,也可設(shè)小型的電 控箱執(zhí)行,兩者都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制?! ?.意外突然停泵水錘力的控制
意外突然停泵一般指供電網(wǎng)絡(luò)故障或強(qiáng)雷電保護(hù)性跳閘等 停泵現(xiàn)象,此類(lèi)停泵的概率不到停泵總次數(shù)的1%,但因此而產(chǎn)生的水錘對(duì)管網(wǎng)及供水機(jī)組具 有破壞性,應(yīng)予以重視。
a)停泵水錘的物理現(xiàn)象
本文不是討論管道中的水錘,只是為了便于對(duì)控制閥減小 水擊力的功能和工作原理的敘述,引用茹可夫斯基水錘公式對(duì)停泵水錘的物理現(xiàn)象作簡(jiǎn)單的述 說(shuō)。
式中h——產(chǎn)生水錘時(shí)的水擊力(m水柱);
c——水錘波傳播速度,若暫時(shí)不考慮介質(zhì)、管壁材料的彈性系數(shù)和管壁厚度,近似取
c=1000m/s;
g——重力加速度,9.81m/s
vo——水錘發(fā)生前介質(zhì)流速(m/s
vt——水錘發(fā)生時(shí)介質(zhì)流速(m/s)?! 氖?-1可以看出發(fā)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變化梯度的大小。停泵時(shí)流速由v0降為零,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(xiàn)微觀的高壓區(qū)和低壓區(qū),它們的分界面稱(chēng)為水錘波(此時(shí)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(kāi)始時(shí)的首層液面( 此時(shí)為復(fù)壓波),這個(gè)往返過(guò)程
所需時(shí)間t可用下式表示:
e~QPe
式中l(wèi)——輸水管長(zhǎng)度(m)。
若閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間為t關(guān),則t關(guān)l/500s條件下的水錘為間接水錘 ,δh小于直接水錘。這是因?yàn)殚g接水錘時(shí),閥門(mén)前正在發(fā)展的增壓過(guò)程,會(huì)受到復(fù)壓波的 干擾而被削弱。δh的大小與干擾程度和干擾次數(shù)有關(guān)。
從以上簡(jiǎn)述中可知,控制閥不能避免意外突然停泵時(shí)水錘 的發(fā)生,但可以根據(jù)輸水管道長(zhǎng)度,通過(guò)對(duì)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間的調(diào)節(jié),將直接水錘轉(zhuǎn)化為間接水錘 使δh降為zui小,保證輸水管道和泵機(jī)組的安全
b)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間的調(diào)節(jié)
目前水泵控制閥常用的關(guān)閉時(shí)間調(diào)節(jié)方法有兩種,要指出 的是本文所指的調(diào)節(jié)方法是水泵控制閥的功能之一,雖具有這種功能的各種類(lèi)型的止回閥或其 它閥門(mén)不一定是水泵控制閥,別以此而誤導(dǎo),詳見(jiàn)本文第三章“結(jié)論”部分
c)兩階段關(guān)閥(即先快速關(guān)閥后慢速關(guān)閥)
這種關(guān)閥形式可以防止停泵水錘的發(fā)生,至于快速關(guān)閥的 時(shí)間,也應(yīng)與管道的長(zhǎng)度相匹配,兼顧水泵反轉(zhuǎn)速度和倒流水量大小,滿(mǎn)足消除停泵水錘的要 求。
d)勻速關(guān)閥
這種關(guān)閥的特點(diǎn)是能根據(jù)各種不同長(zhǎng)度的輸水管道和選擇 復(fù)壓波的往返次數(shù),調(diào)節(jié)不同的
關(guān)閥時(shí)間,恒滿(mǎn)足t>l/500s的條件。大幅度削弱突然停泵水錘 的水擊力,適應(yīng)性較兩階段關(guān)閥為廣,足以滿(mǎn)足gb/t50265-97《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于反轉(zhuǎn) 速不應(yīng)超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的1.2倍,持續(xù)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2min的要求。
水泵控制閥的上述兩種方法都由電磁閥自動(dòng)控制。
5.選擇壓力源的機(jī)動(dòng)性大
電磁閥的伺服機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙向同時(shí)取壓,經(jīng)單向閥分配, 由一條壓力較高輸液管中的水為壓力源注入電磁閥。無(wú)論是進(jìn)水端的壓力水還是出水端的壓力 水,都能單獨(dú)執(zhí)行控制閥的開(kāi)啟或關(guān)閉。
正因?yàn)橛性摴δ艿拇嬖冢顾每刂崎y能滿(mǎn)足各種水泵的 啟動(dòng)、停泵等運(yùn)行特性要求的可能。其重要還在于:當(dāng)輸送介質(zhì)為渾濁水,不能作驅(qū)動(dòng)源需要 外供壓力源時(shí),只要一條伺服管路即可實(shí)現(xiàn)控制閥的所有功能。
6.節(jié)能
將過(guò)流介質(zhì)的能耗控制在zui小,是水泵控制閥的一項(xiàng)重要 課題。我們抽樣了某些通徑的控制閥作了實(shí)驗(yàn),得出下列實(shí)驗(yàn)公式供讀者參考:
阻力系數(shù)ξ以下列公式確定:
當(dāng)dn≤250時(shí) ξ=14.68×v1.1339(7-1)
當(dāng)dn>250時(shí) ξ=10.97×v1.1339(7-2)
式中ξ——阻力系數(shù);
v——介質(zhì)流速(m/s)
局部水頭損失hf以下列公式確定:}
hf=ξ×v2/2g (7-3)=Ku
或:hf=0.749×v0.8661 (7-4)
hf=0.56×v0.8661 (7-5)
式中hf——局部水頭損失(m水柱);
v——介質(zhì)流速(m/s);
g——重力加速度g=9.81(m/s2)。
經(jīng)檢測(cè),該種水泵控制閥的水頭損失比同類(lèi)型的水力控制 閥能耗減少30%以上。
三、多功能水泵控制閥結(jié)論
具有控制水泵運(yùn)行特性功能的閥門(mén)才稱(chēng)為水泵控制閥,這 是顯而易見(jiàn)的。
本文第二章第1節(jié)《泵的啟動(dòng)特性及其控制》中的a)、b)、c) 條;第2節(jié)《停泵及其控制中的a),b)條;第3節(jié)《改變裝置特性》中的a),b)條;第4節(jié)《 意外突然停泵水錘力的控制
》中的b)條;這里所敘述的八種功能屬于泵運(yùn)轉(zhuǎn)特性所要求的技 術(shù)條件,也是泵本身運(yùn)轉(zhuǎn)特性
要求閥門(mén)來(lái)控制的內(nèi)容,也是水泵控制閥的必要功能。這些必 要功能是水泵控制閥區(qū)別于各
種類(lèi)型止回閥或其它閥門(mén)質(zhì)的界定。
為什么不具備上述必要功能不能稱(chēng)為水泵控制閥呢?這可以 通過(guò)下面舉例予以說(shuō)明:
若不具備第2節(jié)a)條中先關(guān)閥后停泵的功能,對(duì)離心泵來(lái)說(shuō) ,所有停泵都變?yōu)橐馔馔蝗煌1?,占停泵總?shù)99%以上的正常停泵,并可以避免水錘和泵逆轉(zhuǎn) 發(fā)生的安全性化為烏有,多么危險(xiǎn)。
若不具備第2節(jié)和第3節(jié)的功能,則只有泵的啟動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)閥 的開(kāi)啟、泵的關(guān)閉才能實(shí)現(xiàn)閥的關(guān)閉,很明顯這是泵在控制閥門(mén)工作,失去了控制閥的“控 制”實(shí)質(zhì),更難理解為水泵控制閥了。
若不具備第3節(jié)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)流量的功能,一旦泵的運(yùn)行工況中 因阻力偏小,流量過(guò)大時(shí),不但使泵偏離zui率區(qū)耗能,而且因軸功率劇增超載而損壞機(jī)組 。所以水泵控制閥應(yīng)具有上述八種必要功能是必然的。
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