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摘要：供水采站系統(tǒng)中水錘會(huì)對(duì)含道、設(shè)備產(chǎn)生極大的危害，常常導(dǎo)致破官、水錄倒轉(zhuǎn)、電機(jī)線(xiàn)圈燒毀等事故。介紹一種導(dǎo)流式速閉止回網(wǎng)構(gòu)造、防水錘工作原理,以及導(dǎo)流式速閉止回網(wǎng)與其他類(lèi)型止回網(wǎng)的防水錘效果比較。
關(guān)鍵詞：導(dǎo)流式速閉止回國(guó);速閉;緩閉;水錘;零流水頭;損失
1.引言
一切生命活動(dòng)起源于水，哪里有水,哪里就有生命。隨著我國(guó)進(jìn)人中國(guó)特色社會(huì)主義新時(shí)代，人民對(duì)日益增長(zhǎng)的美好生活需要對(duì)自來(lái)水的需求量越來(lái)越大,持續(xù)可靠的給排水系統(tǒng)已成為人們生活不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。在供水泵站系統(tǒng)中,水錘會(huì)對(duì)管道、設(shè)備產(chǎn)生極大的危害，常常導(dǎo)致破管、水泵倒轉(zhuǎn)、電機(jī)線(xiàn)圈燒毀等故障。在供水管網(wǎng)中，由于某種外界原因！如閥門(mén)突然關(guān)閉、水泵突然停機(jī)等）使得水的流速發(fā)生突然變化，從而引起壓強(qiáng)急劇升高或隆低的交替變化，這種水力現(xiàn)象稱(chēng)為水擊或稱(chēng)水錘。尤其在公稱(chēng)尺才 DN300及以上的管道系統(tǒng)中，水錘的破壞是非常巨大的，導(dǎo)流式速閉止回閥采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，閥瓣能夠感應(yīng)管道系統(tǒng)水流速度的變化，停泵時(shí)在水流倒流的瞬間關(guān)閉閥門(mén)，在供水管道系統(tǒng)中能夠有效預(yù)防水錘的發(fā)生,使得閥門(mén)在停泵瞬間沒(méi)有劇烈的閥瓣與閥體的撞擊聲，而實(shí)現(xiàn)防水錘靜音關(guān)閉的效果。
2.現(xiàn)狀分析
在泵站或長(zhǎng)輸管道供水系統(tǒng)中,突然停電,水倒流時(shí)，止回閥很快關(guān)閉，所產(chǎn)生的停泵水錘壓力升高很大,可達(dá)到工作壓力的 2～4 倍,其破壞程度很?chē)?yán)重，為了減少或預(yù)防水錘的產(chǎn)生，我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)置了止回閥。桹據(jù)防水錘的原理不同,可分為緩閉止回閥和速閉止回閥。
緩閉止回閥有很多結(jié)構(gòu)類(lèi)型，如雙腔水力控制結(jié)構(gòu)、底部油壓緩沖結(jié)構(gòu)、軸端分段式油缸緩沖結(jié)構(gòu)等。為了減少流阻系數(shù)，通常設(shè)計(jì)成微阻緩閉型或液控緩閉型，結(jié)構(gòu)通常為旋啟型或碟式閉止回閥的原理是將閥板分成兩個(gè)關(guān)閉階段，當(dāng)停泵時(shí)，悶板先隨水流的流速減小而快速關(guān)閉 80%以上，其余過(guò)流面積在倒流水壓的作用閥板克服活塞缸阻力,緩慢關(guān)閉。在慢關(guān)階段,水加速倒流，水壓迅速上升，水錘隨即,通過(guò)泄流達(dá)到泄壓的目的，減小了水錘壓力。但受每個(gè)供水管道的布局揚(yáng)程、背壓等因素影響，每個(gè)工況都必領(lǐng)經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,確定快關(guān)和慢關(guān)的比例,以及慢關(guān)的時(shí)間，否則緩閉止回閥無(wú)法達(dá)到設(shè)想的關(guān)閉過(guò)程,亦無(wú)法消除大部分水錘。在水泵揚(yáng)程低的長(zhǎng)距離供水系統(tǒng)中,由于管道距離很長(zhǎng),水流慣性很大,當(dāng)水泵斷電時(shí)，閥門(mén)附近會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓,管路中存在駝峰而發(fā)生彌合水錘。緩閉止回閥的作用十分有限。
速閉止回閥有彈簧升降式快閉止回閥，重錘旋啟式快閉止回閥 彈簧旋啟式快閉止回閥、噴管式止回閥、軸流式止回閥等結(jié)構(gòu)類(lèi)型,其設(shè)計(jì)理念是在停泵瞬間止回閥能夠瞬間關(guān)閉速閉止回閥工作原理是供水系統(tǒng)中不產(chǎn)生水柱分離的情況下在停泵最初階段，管路系統(tǒng)中的水由于饋性將向前流動(dòng)，流速逐漸降低，當(dāng)流量為零時(shí)即快速關(guān)閥，減小水流加速逆流而產(chǎn)生的水錘升壓對(duì)水錘有 預(yù)防和抑制作用。但是，速閉止回閥的阻力大,電耗大,尤其公稱(chēng)尺才較大的供水管路系統(tǒng)中，止回閥很難實(shí)現(xiàn)瞬間關(guān)閥，反而可能在加速逆流的作用下，導(dǎo)致泵站及管路系統(tǒng)中引起過(guò)高的水錘升壓止回閔在道流量增大時(shí)，閥越遲緩，水錘升壓越高為了減少事故停泵時(shí)水錘對(duì)系統(tǒng)和泉閥設(shè)備的損壞,水泵出水口必須安裝止回伐曲于選擇何種止回啊，己有大量的理論研究和實(shí)踐應(yīng)用速閉止回線(xiàn)或緩閉式止回閥都有選用兩者|削弱停泵水錘的；機(jī)理不同，前者主要是避免產(chǎn)生水錘可者主要是降低已產(chǎn)生水錘的破壞力CVKR型導(dǎo)流式速閉止回閥米合水力學(xué)的輪廓設(shè)計(jì)取得較佳的流線(xiàn)型水路，內(nèi)部附有導(dǎo)流體的設(shè)計(jì)能保證最小的壓力損失，導(dǎo)流式速閉止回閥安裝于水泵出水口處可在水流倒流前先行快速關(guān)閉避免產(chǎn)生水錘水擊聲；和破壞性沖擊以達(dá)到靜叫止倒流和保護(hù)設(shè)備的目的經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外一些制造商和設(shè)計(jì)院推薦，以及國(guó)內(nèi)外大量實(shí)際工程的使用效果驗(yàn)證，導(dǎo)流式速閉止回閥己被廣泛用于給排水、消防暖通、工業(yè)等系統(tǒng)中。
導(dǎo)流式速閉止回閥結(jié)構(gòu)及原理
導(dǎo)流式速閉止回閥防水錘原理區(qū)別于緩閉止回閥，是一種導(dǎo)流式速閉止回閥，亦稱(chēng)噴管式止回線(xiàn)(NozzleCheck Valve)。導(dǎo)流式速閉止回閥防水錘原理是采用快速關(guān)閉的理念設(shè)計(jì)，依靠閥瓣快速的關(guān)閉，在停泵瞬間，系統(tǒng)介質(zhì)還沒(méi)有產(chǎn)生倒流加速度之前，網(wǎng)門(mén)已經(jīng)關(guān)閉，從而使系統(tǒng)沒(méi)有產(chǎn)生破壞性水錘的加速度。
導(dǎo)流式速閉止回閑主要由肉體、網(wǎng)座、導(dǎo)流擴(kuò)散體、國(guó)瓣及簧片彈簧組件等主要零部件組成，主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。
導(dǎo)流式速閉止回閔的原始設(shè)計(jì)源于德國(guó)，由上海冠龍網(wǎng)門(mén)機(jī)械有限公 司引1進(jìn)到國(guó)內(nèi),經(jīng)過(guò)對(duì)產(chǎn)品吸收改進(jìn)和多年的工程實(shí)踐,已證明其具有良好的預(yù)防水錘功能;而且流線(xiàn)型設(shè)計(jì),降低了閥門(mén)流阻，節(jié)約能源;同時(shí)，該閥門(mén)具有免維護(hù)特征，節(jié)約了容戶(hù)使用成本。其結(jié)構(gòu)具有閥瓣輕、關(guān)閉行程短、彈簧加速關(guān)閉等特點(diǎn)。下面具體介紹其設(shè)計(jì)特點(diǎn)。
1)無(wú)軸浮動(dòng)閥瓣設(shè)計(jì)
無(wú)軸承浮動(dòng)網(wǎng)瓣設(shè)計(jì)，環(huán)形網(wǎng)瓣用彈簧和簧片組件在環(huán)形閔瓣周向均勻支撐,簧片實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)向，使閥瓣移動(dòng)無(wú)摩擦，處于浮動(dòng)狀態(tài)，動(dòng)作靈敏,并更有利于達(dá)到快速關(guān)閉的目的，消除了由此引起的內(nèi)件磨損及水頭損失。
2)環(huán)形閥瓣重量輕
閥瓣的環(huán)形結(jié)構(gòu)大大減輕網(wǎng)瓣重量，水流可從網(wǎng)瓣內(nèi)、外側(cè)同時(shí)通過(guò)。設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的是力求閥瓣質(zhì)量輕、慣性低行程短，且有加速關(guān)閉的復(fù)位彈簧及后：流體般閥的設(shè)計(jì)關(guān)閉時(shí)間為 0.15秒以?xún)?nèi)。相對(duì)于傳統(tǒng)的止回閥，如旋啟式•升降式等由于結(jié)構(gòu)上的原因均達(dá)不到快速關(guān)閉的能力。
3)導(dǎo)流式設(shè)計(jì)
擴(kuò)散體導(dǎo)流式設(shè)計(jì)使流經(jīng)閥門(mén)的水流經(jīng)過(guò)擴(kuò)散導(dǎo)流體,使水流幾乎無(wú)紊流,使閥門(mén)水頭損失極低，節(jié)約能源．導(dǎo)流式速閑止回閥全開(kāi)后流域如圖2所示
免維護(hù)設(shè)計(jì)
閥門(mén)內(nèi)部活動(dòng)零部件少，閥門(mén)全開(kāi)后閥瓣完美貼合在擴(kuò)賽導(dǎo)流體上，水流不會(huì)沖擊其他活動(dòng)零部件。閥瓣和閥座采用金屬對(duì)金屬密封，密封面耐沖蝕，一旦安裝完成，正常使用，可實(shí)現(xiàn)閥門(mén)終身免維護(hù)。
安裝在水泵出口的導(dǎo)流式速閉止回閥，采用擴(kuò)散體導(dǎo)流式可以實(shí)現(xiàn)低流阻，節(jié)約使用成本。公稱(chēng)尺寸DN800導(dǎo)流式速閉止回閥實(shí)測(cè)水頭損失如圖3所示，從圖中可以看出，在供水系統(tǒng)2.5m/s的經(jīng)濟(jì)流速下，導(dǎo)流式速閉止回閥的水頭損失不超過(guò)15cm水柱。需要解釋的是導(dǎo)流式速閉止回閥全開(kāi)一般需要1.0～1.5m/s的流速，閥瓣才能全開(kāi)，形成導(dǎo)流效果，所以水頭損失曲線(xiàn)在低流速下有拐點(diǎn)。
4）導(dǎo)流式速閉止回閥防水錘原理
正常情況下，我們停泵的順序是先關(guān)閉止回閥后端的關(guān)斷閥，先使系統(tǒng)流速降下來(lái),接近于零流量，止回閥在沒(méi)有水力沖擊的情況下，復(fù)位關(guān)閉，再停電關(guān)閉水泵，此時(shí)水幾乎不會(huì)產(chǎn)生倒流，也不會(huì)產(chǎn)生水錘，在事故停泵情況下，止回閥后端的關(guān)斷閥米不及關(guān)閉，事故停泵瞬間水有一個(gè)從正流→減速正流→零流-一逆流→加速逆流的變化過(guò)程、也就是說(shuō),水從正流到逆流之間有一個(gè)零點(diǎn)流速，在此臨界瞬間，若能使止回閥閥瓣恰好在此時(shí)瞬間關(guān)閉，流體不產(chǎn)生倒流，則流體和系統(tǒng)對(duì)閥門(mén)所產(chǎn)生的慣力最小，水擊壓力升值也為最小，這是止回我的最佳關(guān)閉模式，關(guān)閉特性最為理想，導(dǎo)流式速閉止回閥的閥瓣采用浮動(dòng)設(shè)計(jì)，簧片導(dǎo)向，
彈簧感應(yīng)水流速度變化以實(shí)現(xiàn)在接近零流時(shí)止回網(wǎng)瞬間關(guān)閉，防止了水的倒流而產(chǎn)生的水錘破壞;同時(shí)，憫瓣采用環(huán)型，質(zhì)量可以減輕;導(dǎo)流式設(shè)計(jì)。使得閥門(mén)啟閉行程很短，網(wǎng)瓣沖擊網(wǎng)座時(shí)的速?gòu)U小。閥瓣對(duì)閥門(mén)的沖擊力F是閥瓣質(zhì)量m與網(wǎng)瓣按觸閥座時(shí)的速度。的乘積,m 與&均小,故F也小。即使瞬間關(guān)閉閥門(mén)，不會(huì)破壞閥門(mén)自身結(jié)構(gòu)。
但由手工程實(shí)際情況錯(cuò)綜復(fù)雜及網(wǎng)門(mén)的結(jié)構(gòu)上的因素，想真正做到零流關(guān)閉并不容易。對(duì)止回閥的設(shè)計(jì)而言,結(jié)構(gòu)上如考慮增加關(guān)閉速度的若千措施，則有利于使網(wǎng)門(mén)在按近于零流速點(diǎn)或道流剛形成時(shí)關(guān)閉，以力求達(dá)到無(wú)水擊或減輕水擊的目的。
為了驗(yàn)證導(dǎo)流式速閉止回閥的預(yù)防水錘的效果，我們模擬現(xiàn)場(chǎng)工況，設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)，,對(duì)旋啟式垂直板、斜盤(pán)式橡膠瓣、對(duì)開(kāi)式雙瓣止回導(dǎo)流式速閉止回閥及多功能控制閥等常見(jiàn)的止回閥測(cè)試模擔(dān)敬障停泵工況，使水泵瞬間關(guān)閉，比較各種止回閥的減少水錘效果，如圖4所示。
實(shí)驗(yàn)效果顯示導(dǎo)流式速閉止回網(wǎng)的水擊壓力升值遠(yuǎn)小于其他結(jié)構(gòu)形式的止回網(wǎng)，多功能控制網(wǎng)地具有較好的防水錘作用，但水頭損失比導(dǎo)流式速閉止回網(wǎng)大很多。
5. 案例及結(jié)論
隨著導(dǎo)流式速閉止回網(wǎng)在國(guó)內(nèi)外大量實(shí)際工況的使用，并獲得良好的評(píng)價(jià)，趣來(lái)越多的給排水設(shè)計(jì)工程師逐漸認(rèn)可該種止回閥的設(shè)計(jì)理念。導(dǎo)沆式速閉止回網(wǎng)已廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)各大水廠加壓泵站及國(guó)內(nèi)重點(diǎn)工程中，如中央電視臺(tái)泵房冷卻水系統(tǒng)改造工程中海汰原來(lái)使用的升降式止回網(wǎng)，采用 DN500 口徑的導(dǎo)流式速閉止回閥。
當(dāng)然，導(dǎo)流式速閉止回閥也有不足之處，如抗垃圾堵塞能力不強(qiáng)，在原水系統(tǒng)中前端需要過(guò)濾雜物。由于閥門(mén)有擴(kuò)散倒流體設(shè)計(jì)，閥門(mén)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度較長(zhǎng),加工精度高，故制造成本較高。
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