水廠水泵止回閥的選型與應用

2013-09-15 09:23:50鐘炎輝鄒海明汪義強黃曉東

凈水技術 2013年1期

鐘炎輝，鄒海明，周強，汪義強，黃曉東

（深圳市深水寶安水務集團有限公司，廣東深圳 518101）

止回閥是一類依靠流體介質自身或外部動力自動開啟、關閉內部組件，以防止流體倒流的閥門[1,2]。在泵房使用時必須具備快關、慢閉功能以防止水錘對管道及水泵機組的破壞[1]。止回閥的選型關系到水泵機組運行的安全、節能，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的水頭損失，同時對比分析包括以上實測止回閥在內的多種止回閥的結構性能，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，計算出管道內水流能量變化，從而得到水流經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，通過調節水泵出口蝶閥開度，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、后管內水流流速，m／s；

Z1、Z2—閥前、后測試點壓力表標高，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，規格 DN800，Cl水廠）—編號 A，靜音式止回閥（KRVG-0500，規格DN500，XA水廠）—編號B，旋啟式緩閉止回閥（德國，VAG SKR，規格DN1000，ZA水廠）—編號C，多功能水泵控制閥（JD745X-10，規格DN800，LX水廠）—編號D，多功能水泵控制閥（JD745X-10，規格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 測試結果

上述各止回閥水頭損失測定結果見表1、圖2。

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

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

1.4 測試結果分析

由表1及圖2可以看出：

（1）液控雙速蝶閥（A）對應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優于閥B；

（2）閥B與多功能水泵控制閥（D）分別對應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優于D；

（3）旋啟式緩閉止回閥（C）對應水泵實測出口流速整體范圍大于閥B，壓力水流經閥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；

（4）閥D與閥E為同品牌、同型號、不同口徑的止回閥，由于口徑不同導致壓力水流經閥的水頭損失不同，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 不同類型止回閥結構分析比較

表2列舉了本次試驗所測幾種止回閥以及其它5種常見止回閥的內部結構部件及工作原理，并結合各類止回閥結構、工作原理及日常工作積累的實際運行經驗，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 常見類型止回閥內部結構、工作原理及復雜度比較Tab.2 Internal Structure、Complexity and Working Principle of Several Common Check Valves

水流經過止回閥的水頭損失主要是由其內部結構部件擾流阻力產生。結合本次現場所用幾種止回閥水頭損失實測結果看，止回閥內流體介質運動方向與閥前后管道內流體方向盡量一致，擾流越小的止回閥能耗越低，這在表2中得到應證。另外，雙速自閉閘閥、液控雙速球閥由于本身的結構特點，在閥門全開后閥體內部通道為全通式，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生劇烈變化將導致管道內壓力急劇交替升降，從而引起水錘現象[4]。所以一般在水泵出口處安裝止回閥來防護水錘作用。而止回閥的過快關閉，也易引起水錘現象[1,5]。止回閥內部結構形式的多樣性主要基于不同設計理念實現防水錘效果的，因此在考慮止回閥水頭損失的同時還要關注其防水錘性能，有時須犧牲一定的能耗來實現緩閉功能，從而達到降低水錘破壞的作用。

止回閥實際應用中操作維護的復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）控制與維護最為復雜，而利用內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動則存在止回閥關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、內部材料抗腐性能等也直接影響止回閥使用效果。現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，而國內很多泵房設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，現場使用條件方面，不同止回閥有其自身運行適應條件，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速的場合等等。

依上分析，并結合各類止回閥結構、工作原理及日常工作積累的實際運行經驗，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，結果見表3。