水廠水泵止回閥的選型與應(yīng)用

鐘炎輝，鄒海明，周 強，汪義強，黃曉東

（深圳市深水寶安水務(wù)集團有限公司，廣東深圳 518101）

止回閥是一類依靠流體介質(zhì)自身或外部動力自動開啟、關(guān)閉內(nèi)部組件，以防止流體倒流的閥門[1,2]。在泵房使用時必須具備快關(guān)、慢閉功能以防止水錘對管道及水泵機組的破壞[1]。止回閥的選型關(guān)系到水泵機組運行的安全、節(jié)能，對泵房建成后的維護管理也有重要影響[3]。為此，論文以相關(guān)水廠在用的止回閥（包括液控雙速蝶閥、靜音式止回閥、旋啟式緩閉止回閥、多功能水泵控制閥等）為測試對象，對比分析其在不同出口流速范圍內(nèi)的水頭損失，同時對比分析包括以上實測止回閥在內(nèi)的多種止回閥的結(jié)構(gòu)性能，旨在對水泵止回閥的選型提出幾點合理性意見。

1 止回閥水頭損失實測比較

1.1 水頭損失測試原理

根據(jù)水泵機組出口止回閥前、后測試點的壓力差及流速變化，計算出管道內(nèi)水流能量變化，從而得到水流經(jīng)過止回閥后的水頭損失。不同止回閥水頭損失比較必須在相同的流速下進行，通過調(diào)節(jié)水泵出口蝶閥開度，得到不同流量（流速）下止回閥的一系列水頭損失值。

圖1 止回閥水頭損失測試示意圖Fig.1 Head Loss Test of Check Valves

其中：H—流經(jīng)止回閥的水頭損失，m；

P1、P2—閥前、后測試點壓力值，m；

V1、V2—閥前、后管內(nèi)水流流速，m／s；

Z1、Z2—閥前、后測試點壓力表標(biāo)高，m。

1.2 測試對象及工具

選擇了五座水廠共5種不同類止回閥進行了水頭損失測定，分別為：液控雙速蝶閥（NHDA734-100，規(guī)格 DN800，Cl水廠）—編號 A，靜音式止回閥（KRVG-0500，規(guī)格DN500，XA水廠）—編號B，旋啟式緩閉止回閥（德國，VAG SKR，規(guī)格DN1000，ZA水廠）—編號C，多功能水泵控制閥（JD745X-10，規(guī)格DN800，LX水廠）—編號D，多功能水泵控制閥（JD745X-10，規(guī)格DN600，SY水廠）—編號E。

測試工具：壓力表2只（瑞士科勒LEO，量程：-1～10 bar，精度 0.1），電磁流量計，扳手、卷尺等。

1.3 測試結(jié)果

上述各止回閥水頭損失測定結(jié)果見表1、圖2。

表1 幾種止回閥水頭損失實測結(jié)果Tab.1 Head Loss Test Results of Several Check Valves

圖2 現(xiàn)場幾種止回閥水頭損失實測結(jié)果比較圖Fig.2 Comparison of Test Results of Velocity and Head Loss of Check Valves

1.4 測試結(jié)果分析

由表1及圖2可以看出：

（1）液控雙速蝶閥（A）對應(yīng)水泵實測出口流速整體范圍大于靜音式止回閥（B），但壓力水流經(jīng)閥A的水頭損失明顯小于閥B，從水頭損失角度判斷，說明閥A優(yōu)于閥B；

（2）閥B與多功能水泵控制閥（D）分別對應(yīng)的水泵實測出口最大流速基本一致，均為2 m／s左右，但壓力水流經(jīng)閥B的水頭損失明顯小于閥D，從水頭損失角度判斷，說明B優(yōu)于D；

（3）旋啟式緩閉止回閥（C）對應(yīng)水泵實測出口流速整體范圍大于閥B，壓力水流經(jīng)閥C的水頭損失也大于閥B，從水頭損失角度判斷，說明C與閥B相當(dāng)；

（4）閥D與閥E為同品牌、同型號、不同口徑的止回閥，由于口徑不同導(dǎo)致壓力水流經(jīng)閥的水頭損失不同，不作比較。

由此可見，通過實測，幾類止回閥水頭損失按從小到大的排序為：液控雙速蝶閥（A）＜靜音式止回閥（B）≈旋啟式緩閉止回閥（C）＜多功能水泵控制閥（D）。

2 不同類型止回閥結(jié)構(gòu)分析比較

表2列舉了本次試驗所測幾種止回閥以及其它5種常見止回閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)部件及工作原理，并結(jié)合各類止回閥結(jié)構(gòu)、工作原理及日常工作積累的實際運行經(jīng)驗，對表中各類止回閥的工作性能、使用性能給予非原則性定性評價。

表2 常見類型止回閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及復(fù)雜度比較Tab.2 Internal Structure、Complexity and Working Principle of Several Common Check Valves

水流經(jīng)過止回閥的水頭損失主要是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)部件擾流阻力產(chǎn)生。結(jié)合本次現(xiàn)場所用幾種止回閥水頭損失實測結(jié)果看，止回閥內(nèi)流體介質(zhì)運動方向與閥前后管道內(nèi)流體方向盡量一致，擾流越小的止回閥能耗越低，這在表2中得到應(yīng)證。另外，雙速自閉閘閥、液控雙速球閥由于本身的結(jié)構(gòu)特點，在閥門全開后閥體內(nèi)部通道為全通式，沒有任何過流部件，因此具有最小，幾乎為零的水頭損失。壓力管道中如果流速發(fā)生劇烈變化將導(dǎo)致管道內(nèi)壓力急劇交替升降，從而引起水錘現(xiàn)象[4]。所以一般在水泵出口處安裝止回閥來防護水錘作用。而止回閥的過快關(guān)閉，也易引起水錘現(xiàn)象[1,5]。止回閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式的多樣性主要基于不同設(shè)計理念實現(xiàn)防水錘效果的，因此在考慮止回閥水頭損失的同時還要關(guān)注其防水錘性能，有時須犧牲一定的能耗來實現(xiàn)緩閉功能，從而達到降低水錘破壞的作用。

止回閥實際應(yīng)用中操作維護的復(fù)雜性及難易程度也是止回閥型式選擇的重要考量因素之一。擁有外部液壓站的止回閥（如液控雙速蝶閥、液控雙速球閥）控制與維護最為復(fù)雜，而利用內(nèi)部自身流體水力控制止回閥（如靜音式止回閥、旋啟式緩閉止回閥等）緩閉動作在日常使用時維護工作最為簡單，該類止回閥利用管道壓力水驅(qū)動則存在止回閥關(guān)閉速度不易控制的問題。

此外，所輸送的水流是否潔凈、易堵塞、內(nèi)部材料抗腐性能等也直接影響止回閥使用效果?，F(xiàn)場安裝空間與使用條件也會影響止回閥型式的選擇與使用，比如現(xiàn)場安裝空間方面，止回閥安裝要保證止回閥前后管道不能出現(xiàn)大的擾流，不同止回閥有不同的前后段直管安裝尺寸要求，而國內(nèi)很多泵房設(shè)計在此方面考慮較少，以至于止回閥距泵出口太近，水壓波動造成止回閥故障率大幅度升高。建議今后具備條件的可將止回閥安裝在泵房外直管段；再比如，現(xiàn)場使用條件方面，不同止回閥有其自身運行適應(yīng)條件，例如對夾蝶式（雙瓣）緩閉止回閥一般使用于壓力較低且波動較小的氣路管道上，而旋啟式緩閉止回閥則不能使用在變頻泵頻繁調(diào)速的場合等等。

依上分析，并結(jié)合各類止回閥結(jié)構(gòu)、工作原理及日常工作積累的實際運行經(jīng)驗，對表2中各類止回閥的工作性能、使用性能給予非原則性定性評價，結(jié)果見表3。

表3 止回閥性能比較Tab.3 Property and Performance of Check Valves

3 結(jié)論及止回閥選型建議

3.1 結(jié)論

1）通過在相關(guān)水廠安裝的幾種止回閥水頭損失實際測定，水流流經(jīng)止回閥的水頭損失按從小到大的排序為：液控雙速蝶閥＜靜音式止回閥≈旋啟式緩閉止回閥＜多功能水泵控制閥。

2）結(jié)合不同類型止回閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點、工作原理及安裝條件、水頭損失測定結(jié)果，以及實際使用效果分析比較，各類止回閥均有其自身優(yōu)缺點和適用條件。

3.2 止回閥選型建議

1）止回閥選型的關(guān)鍵在于水頭損失要小，防水錘功能適應(yīng)性強，同時也要兼顧性能可靠、運行管理維護簡單。

2）選型建議：

（1）從節(jié)能角度考慮，建議優(yōu)先選擇液控雙速球閥、雙速自閉閘閥、液控雙速蝶閥，其次是靜音式止回閥以及旋啟式緩閉止回閥。不推薦多功能水泵控制閥；

（2）從防水錘性能角度，建議優(yōu)先選擇液控雙速蝶閥、液控雙速球閥、靜音式止回閥、多功能水力斜板緩閉止回閥；

（3）從操作維護簡易程度角度出發(fā)，建議優(yōu)先選擇靜音式止回閥、旋啟式緩閉止回閥。液控雙速蝶閥以及液控雙速球閥控制用液壓站維護操作較復(fù)雜，而雙速自閉閘閥、多功能水泵控制閥以及多功能水力斜板緩閉止回閥均使用管道內(nèi)部流體做控制源，在水行業(yè)使用存在銹蝕堵塞管路可能，因此在維護上較為復(fù)雜一些。

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