蓄能罐式液控止回蝶閥在寧夏大型灌排泵站的應(yīng)用

摘 要 蓄能罐式液控緩閉止回蝶閥是我國(guó)新一代液控蝶閥，是提灌泵站中管線系統(tǒng)截?cái)嗷蚪油ń橘|(zhì)的理想斷流設(shè)備，適用于裝在水泵出口處，作為水泵機(jī)組的工作閥門和事故安全閥。

關(guān)鍵詞 泵站改造 蓄能罐式液控緩閉止回蝶閥 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TK02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1液控蝶閥用途

蓄能罐式液控緩閉止回蝶閥具有開閉時(shí)間短，操作力矩小，安裝空間小和重量輕等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于揚(yáng)水泵站等系統(tǒng)，用來(lái)切斷和調(diào)節(jié)水流，它兼有閘閥和止回閥的功能，是一種能按預(yù)先調(diào)定好的程序，采用分階段開、關(guān)閥，關(guān)閉時(shí)也分兩階段關(guān)閉（先快關(guān)一定角度，再慢速關(guān)閉剩余角度）的動(dòng)作來(lái)消除水錘對(duì)管網(wǎng)和機(jī)組破壞的理想控制設(shè)備，確保水泵機(jī)組、管網(wǎng)及泵站的安全運(yùn)行，能取代水泵出口處閘閥和止回閥的功能。

2液控蝶閥實(shí)際工況

固海揚(yáng)水工程總揚(yáng)程382.47m，現(xiàn)為8級(jí)提灌泵站，每級(jí)的凈揚(yáng)程為50m左右，加損失水頭，每級(jí)泵站揚(yáng)程為75m左右，考慮到提水流量大，輸水管道長(zhǎng)，為安全運(yùn)行可靠，實(shí)際工作壓力選型為1.0Mpa或1.6Mpa。

一般情況下，蓄能罐內(nèi)的油壓為額定值（上限值），當(dāng)液壓系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間的工作狀態(tài)下，由于有極微量泄漏使油壓降至額定值（下限值，但仍高于工作壓力值）時(shí)，控制系統(tǒng)可自動(dòng)啟動(dòng)油泵電機(jī)工作，進(jìn)行補(bǔ)壓力油。蓄能罐的保壓時(shí)間大于72h，性能穩(wěn)定可靠。

3蝶閥及水泵聯(lián)鎖保護(hù)

該閥自帶電氣控制箱，既可單獨(dú)開啟和關(guān)閉，也可與水泵聯(lián)動(dòng)開啟和關(guān)閉，能實(shí)現(xiàn)就地控制、遠(yuǎn)方控制、泵閥聯(lián)動(dòng)控制及通過計(jì)算機(jī)集中控制等功能，可滿足泵站“無(wú)人值班、少人值守”的要求。當(dāng)閥門誤動(dòng)作關(guān)閉或接收到開閥信號(hào)數(shù)10s（可調(diào)）后，閥門仍未開啟時(shí)，聯(lián)鎖裝置即發(fā)出跳閘信號(hào)，使水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

4蝶閥的主要結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)

蝶閥的主要零部件由機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置、油缸、蓄能罐、液壓站、電氣控制柜、閥門本體部分和等部件組成

4.1液壓控制系統(tǒng)

蝶閥的液壓控制系統(tǒng)主要包括油泵、油泵電機(jī)、溢流閥、調(diào)速閥、手動(dòng)閥、電磁閥等各種控制閥組成，或稱液壓站、液壓控制箱。

液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造必須在滿足JB/T5299-1998《通用閥門液控蝶閥止回蝶閥》標(biāo)準(zhǔn)和使用環(huán)境、開關(guān)閥角度及時(shí)間的前提下，還具備以下技術(shù)特性：

（1）供油裝置：設(shè)有電動(dòng)油泵和手動(dòng)油泵兩套供油裝置；

（2）油缸為可調(diào)節(jié)快、慢角度和時(shí)間的單作用往復(fù)式油缸；

（3）液控蝶閥采用PLC控制，閥門及液壓系統(tǒng)的控制和各種狀態(tài)信號(hào)均經(jīng)PLC控制和監(jiān)控；閥門現(xiàn)地應(yīng)有監(jiān)視、測(cè)量功能，配有壓力過高、過低報(bào)警功能，并可將信號(hào)上傳至泵站監(jiān)控系統(tǒng)；

（4）液壓系統(tǒng)各液壓件、集成塊、聯(lián)接件應(yīng)性能可靠、密封良好，無(wú)滲漏油現(xiàn)象；

（5）主閥門全關(guān)后，電磁單向閥延時(shí)復(fù)歸回路，以確保蝶閥可靠關(guān)閉。

液壓站與閥體采用分體安裝，液壓站與閥體之間采用高壓膠管軟連接，高壓膠管的長(zhǎng)度按需配置。液壓站可根據(jù)泵房布置的需要而設(shè)計(jì)，在水泵送水方向，可布置在閥體的左側(cè)或右側(cè)。液壓缸方向根據(jù)設(shè)備布置和使用單位的要求，可向上或向下。液壓站油箱采用不銹鋼304鋼板，壁厚不小于6mm。

4.2電氣控制系統(tǒng)

電氣控制可分為繼電器和可編程PLC兩種方式。本工程全部為離心泵工況。既可就近操作，也可遠(yuǎn)程控制，蓄能罐取代了重錘式液控蝶閥中的重錘，將重錘勢(shì)能變?yōu)榱黧w蓄能，不僅能節(jié)省長(zhǎng)期運(yùn)行支承重錘所耗的能量，而且改善了液壓系統(tǒng)的保壓性能，保證了閥門運(yùn)行時(shí)維護(hù)人員的人身安全。具有全開、全關(guān)機(jī)械限位，并具備直觀的開度指示盤，相應(yīng)電控箱內(nèi)配置數(shù)字開度儀表顯示；限位行程開關(guān)采用優(yōu)質(zhì)光電接近開關(guān)。其控制機(jī)構(gòu)具有構(gòu)思新穎、設(shè)計(jì)合理、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全、動(dòng)作靈活可靠、外形美觀、節(jié)能節(jié)材、維修方便（維修時(shí)不需停止水泵工作）等優(yōu)點(diǎn)，便于實(shí)現(xiàn)泵閥聯(lián)動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)集中控制。停電時(shí)，搖動(dòng)手動(dòng)油泵即可關(guān)閥，閥門啟閉十分方便。

4.2.1 PLC控制

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，高新科技設(shè)備已逐步進(jìn)入各行各業(yè)重要工程。液控蝶閥采用PLC控制后，能夠與用戶的計(jì)算機(jī)相配合，減輕了上位機(jī)的負(fù)擔(dān)。從用戶方面來(lái)看，使用PLC控制后，設(shè)備的可靠性增強(qiáng)，能夠提高設(shè)備的運(yùn)行效率，減少了因電器元件的故障而引起的水泵機(jī)組停止工作所造成的損失，從而獲得直接經(jīng)濟(jì)效益。從制造商方面看，產(chǎn)品的可靠程度高，市場(chǎng)信譽(yù)增強(qiáng)，從而獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

PLC控制系統(tǒng)由主回路和控制回路組成。主回路由短路、過載等保護(hù)元件和一臺(tái)油泵電機(jī)組成，用于控制和保護(hù)油泵電機(jī)?？刂苹芈分饕捎每删幊炭刂破?、信號(hào)燈、按鈕、繼電器等元器件組成，用于實(shí)現(xiàn)閥門的動(dòng)作要求、顯示閥門工作狀態(tài)、閥門故障時(shí)報(bào)警等功能。閥門可現(xiàn)場(chǎng)操作、可控制室操作，也可泵閥聯(lián)動(dòng)操作。按電氣原理圖及接線圖接好并校對(duì)線路，合上開關(guān)，接通電源，電源、全關(guān)指示燈亮，整機(jī)通電。閥門采用插拔式PLC監(jiān)控，留有RS-485標(biāo)準(zhǔn)通信接口，并留有接線端子；采用MODEBUS通訊協(xié)議用于與泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接。閥門及液壓系統(tǒng)的控制和各種狀態(tài)信號(hào)均經(jīng)PLC控制和監(jiān)測(cè)，同時(shí)每臺(tái)閥門PLC應(yīng)留有2個(gè)4～20mA開入接口，用于監(jiān)測(cè)水泵出口壓力和流量；閥門現(xiàn)地有監(jiān)視、測(cè)量功能，配有壓力過高、過低報(bào)警功能，并可將信號(hào)上傳至泵站監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4.3機(jī)械系統(tǒng)

蝶閥的機(jī)械系統(tǒng)主要由閥體、傳動(dòng)（驅(qū)動(dòng)）裝置、閥板（閥板）、閥軸、軸封部件和閥軸定位部件等部件組成。

4.3.1蓄能罐裝置

蓄能罐采用一用一備，獨(dú)立工作；以備斷電時(shí)按照預(yù)先設(shè)定的關(guān)閉程序關(guān)閉閥門。

4.3.2閥體、閥板裝置

閥體材料為球墨鑄鐵QT450-10，其機(jī)械性能按GB12227-2005的規(guī)定，閥體密封面為不銹鋼圈，材料為1Cr18Ni9Ti，其機(jī)械性能按GB1220-2007的標(biāo)準(zhǔn)，以提高蝶閥抗磨蝕性能，也便于損壞時(shí)的補(bǔ)焊修復(fù)。不銹鋼圈與密封圈密封良好，不滲漏，閥體密封圈表面加工精度達(dá)到或高于國(guó)標(biāo)七級(jí)，表面粗糙度R 0.8，閥體流道表面光滑，不能出現(xiàn)鑄造缺陷。密封面表層材料須作硬化處理，或噴涂硬質(zhì)合金（鎳基）材料，閥腔內(nèi)過水面采用附著力強(qiáng)的防腐防銹環(huán)保型涂料，以提高閥體密封座的抗磨性能。

4.3.3閥板軸端密封型式及轉(zhuǎn)動(dòng)軸承

閥板軸具有良好的支承結(jié)構(gòu)和軸向定位結(jié)構(gòu)，針對(duì)適用介質(zhì)黃河泥沙水的特點(diǎn)：灌溉期多年平均含沙量4.13kg/m3，最大含沙量120kg/m3，平均沙粒徑為0.025mm。采用自潤(rùn)滑、易更換的防泥沙結(jié)構(gòu)。軸端密封采用Yx軸用密封圈，材料為聚氨酯，具有較高的彈性、自密封性和耐磨性，能有效地防止管道中泥沙、介質(zhì)等進(jìn)入閥軸軸承，減少閥軸軸承的磨損，防止閥軸卡住。軸承為無(wú)鉛型無(wú)給油自潤(rùn)滑軸承，有可靠的防泥沙組合密封結(jié)構(gòu)，密封在內(nèi)側(cè)，軸承在外側(cè)，能有效防止含泥沙水進(jìn)入軸承室、加速磨損及引起卡軸，具有承載能力強(qiáng)，耐磨性好，摩擦阻力小等特點(diǎn)。

5液控蝶閥主要性能參數(shù)

5.1蝶閥基本參數(shù)

結(jié)合本工程更新改造泵站實(shí)際情況，對(duì)蝶閥公稱壓力、殼體試驗(yàn)壓力、密封試驗(yàn)壓力、運(yùn)行環(huán)境最高溫度、運(yùn)行環(huán)境最低溫度和最低存放溫度、閥軸安裝方式、適用介質(zhì)黃河泥沙水的特點(diǎn)和特征，規(guī)定了具體基本參數(shù)，見表1。

5.2蝶閥特殊參數(shù)

6液控蝶閥安裝和操作控制要求

6.1安裝要求

（1）閥門中心離水泵出口距離需大于2000mm，如圖2所示。如果不能滿足該條件，要采取整流措施，在可能的條件下應(yīng)盡量增加此距離，以減少水泵出口的紊流流態(tài)對(duì)閥門的不利影響。

（2）有些水泵出口處還有一段喇叭管，閥門全開時(shí)，閥板不應(yīng)處在喇叭管內(nèi)。如圖2所示。

（3）閥板密封平面應(yīng)對(duì)著水泵出口，閥板背部則應(yīng)在水泵下游方向。如圖3所示。

（4）液壓站、電氣控制和閥體分離就近安裝。

6.2操作控制要求

（1）該閥必須與泵實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，雖然該閥有就地操作的功能，但該功能僅在閥門調(diào)試過程中或管道需同一水泵注水時(shí)采用，事后整個(gè)啟動(dòng)水泵、停運(yùn)水泵操作均與閥門聯(lián)動(dòng)控制。

（2）必須保證閥門控制電源與水泵的電源具有同等的可靠性。

6.3啟閉要求

（1）啟閉參數(shù)，見主要性能參數(shù)中表2特殊參數(shù)表，蝶閥供應(yīng)商也可根據(jù)用戶提供的參數(shù)調(diào)定出廠。

（2）液控蝶閥的開啟，對(duì)于不同型號(hào)的水泵必須滿足下列要求：

①在離心泵出口，水泵先啟動(dòng)，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，閥門勻速開啟，泵閥聯(lián)控。

②在軸流泵出口，閥門勻速開啟，當(dāng)開啟角達(dá)到15白笥沂保悶舳梅③在混流泵出口，視具體情況定，若混流泵（或斜流泵）工況接近離心泵工況，則按上述①執(zhí)行；若混流泵（或斜流泵）工況接近軸流泵工況，則按上述②執(zhí)行。

（3）液控蝶閥的關(guān)閉，無(wú)論那種類型的水泵，均需滿足停運(yùn)水泵的同時(shí)閥門關(guān)閉，泵閥聯(lián)控。但是，不可用作調(diào)節(jié)流量。

7結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)多座泵站閘閥的改造，以及各種類型流道及其斷流方式的應(yīng)用，得出液控蝶閥具備了以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）流道軸線短，斷面簡(jiǎn)單，施工容易，土建工程量小。

（2）因設(shè)備運(yùn)行時(shí)蝶閥全開，水頭損失小，而且流道短，沿程損失更小，總的效率高，且運(yùn)行費(fèi)用較低。

（5）蝶閥的使用對(duì)出口水位的變化沒有任何要求。

（6）蝶閥開關(guān)閥門的時(shí)間可調(diào)，油壓操作能按預(yù)先設(shè)定程序，分兩階段（現(xiàn)快關(guān)一定角度，再慢速關(guān)閉剩余角度）關(guān)閉，這樣既能消除水錘對(duì)管網(wǎng)的破壞，又能將閥門關(guān)閉時(shí)的撞擊力降至最低。

（7）體積小、重量輕。與相同壓力等級(jí)和同樣口徑的閘閥相比，它均可減輕約30～50%。

（8）調(diào)節(jié)和密封性能好。

通過對(duì)不同廠家液控蝶閥的使用，可以看出液控蝶閥性能好壞取決于設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，工藝處理以及加工精度和材料選用。液控蝶閥自身存在的問題可降低使用壽命，也影響泵站的提水效率和級(jí)間流量匹配及安全運(yùn)用。

由以上分析可知，泵站的斷流方式中采用液控蝶閥有較明顯的優(yōu)勢(shì)，在價(jià)格上比閘閥略高一些，但綜合起來(lái)考慮，液控蝶閥作為泵站斷流設(shè)備仍有很高的性價(jià)比。作為高效節(jié)能的產(chǎn)品，從操作控制，快慢關(guān)程序，安裝位置到水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)都提出了更科學(xué)合理的要求。從已經(jīng)改造泵站運(yùn)行情況表明，液控蝶閥，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能良好，水頭損失小，降低能耗，節(jié)約能源，安裝維護(hù)方便，節(jié)省投資。對(duì)今后泵站出水?dāng)嗔餍问骄哂兄笇?dǎo)、推廣作用。

項(xiàng)目類型：寧夏大型灌排泵站更新改造工程共有4處，是全國(guó)大型灌排泵站更新改造項(xiàng)目，固海揚(yáng)水泵站更新改造工程是其中的1處，共有15座泵站更新改造。

作者簡(jiǎn)介：李明文（1968-），男，寧夏中寧人，高級(jí)工程師，主要從事大型泵站機(jī)電排灌管理工作。

參考文獻(xiàn)

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