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泵站改造中水泵控制閥門的選擇與應用
點擊次數(shù)：367 發(fā)布時間：2015-3-25
1 前言
麻家砭水庫泵站為金堆城礦區(qū)供水系統(tǒng)的一級泵站，泵站建成投運30余年，供水能力已不能滿足現(xiàn)階段礦區(qū)用水需求，設備及管道附屬配套設施老化，故障頻繁，主要體現(xiàn)在各類控制閥門泄露、啟閉不暢、操作繁瑣。通過泵站擴容升級改造，一方面提升泵站供水能力，滿足礦區(qū)用水需求；另一方面引進各類新型控制閥門， 減少泄露，簡化操作，降低員工勞動強度。本文著重介紹泵站升級改造過程，控制閥門的選擇與應用對提升泵站效率、提高運行安全可靠性的作用。
2 泵站改造存在的問題
2012年麻家砭水庫泵站進行了擴容升級改造，由原來7臺155kW多級離心泵并聯(lián)運行改造為4臺355kW臥式雙吸離心泵并聯(lián)運行，泵站輸水能力由原來的1750m3/h提升到2150m3/h，對泵站機組相應的進出水管道和閥門進行了改造和更換。
原有離心泵出口均裝有手動閘閥和止回閥，通過控制操作滿足水泵輕載啟動的要求，停泵后防止水倒流并消除水錘對機組的影響。在水泵啟停過程中，手動閘閥依靠人工操作，啟閉時間長，工作量大，且由于啟閉頻繁，法蘭經(jīng)常漏水；原止回閥沒有緩閉功能，在突然斷電停泵時，逆止閥板快速關(guān)閉，具有較大的水錘沖出，止回閥經(jīng)常出現(xiàn)故障。另外，由于在原泵房內(nèi)進行改造，擴容升級后的水泵進出水管道管徑增加，進出水管由原來的DN250分別增加為DN450和DN400，相應的閥門安裝尺寸加大，無法在原有泵房內(nèi)合理布置管道及閥門。
以上現(xiàn)象是老泵站普遍存在的問題，過去經(jīng)常采用的改造方法是對手動閘閥安裝電動機構(gòu)，或直接改為電動閘閥，將原有的止回閥更換為緩閉止回閥。這種方法對于泵站的安全穩(wěn)定運行還存在不足：①無法解決因突然停電、電動控制閥不能及時關(guān)閉造成輸水管路中水倒流對水泵出水管路系統(tǒng)的沖擊，止回閥關(guān)閉不嚴造成水倒流水泵葉輪反轉(zhuǎn)；②由于電動機構(gòu)的增加，經(jīng)常操作，故障點增多，容易出現(xiàn)故障；③由于閘閥及止回閥體積較大，安裝尺寸長，還是無法解決泵站改造時附屬管路系統(tǒng)擴徑后，管道及閥門的合理布置問題。
3 泵站改造閥門的選擇
針對泵站改造過程中存在的問題，對水泵機組附屬管道閥門進行了比較選擇，水泵出口采用新型多功能水泵控制閥，該閥集合了閘閥、止回閥、水錘消除器功能；進出水管道檢修閥門采用三偏心硬質(zhì)密封蝶閥，減小閥門安裝尺寸。通過以上手段，解決了麻家砭水庫泵站及改造過程中的問題，提高了泵站運行的安全可靠性，降低員工勞動強度與誤操作，優(yōu)化了泵房內(nèi)管道布局，改善了工作環(huán)境。
3.1 多功能水泵控制閥簡介
麻家砭水庫泵站選用的SJDH745X多功能水泵控制閥，是一種新型水力自控閥門，無需人工或電力驅(qū)動。在水泵啟停過程中，自動緩開、緩閉、滿足電機輕載啟動、防止止輸水管路中介質(zhì)倒流，減小水錘沖擊，改造中可以替換水泵出口控制閘閥和止回閥。
3.1.1 結(jié)構(gòu)組成
多功能水泵控制閥分為主閥和外裝附件兩部分。主閥由閥體、主閥板、緩閉閥板、壓板及膜片、閥桿等部件組成。外裝附件由安裝在閥門隔膜室與閥門進、出水管上的兩根連接管路組成，連接管上裝設過濾器和控制閥。通過調(diào)整外裝附件連接管路上的控制閥，可以控制閥板的啟閉時間，達到自動控制閥門緩開緩閉的目的，見圖1。
圖1 多功能水泵控制閥構(gòu)造圖
3.1.2 工作原理
多功能水泵控制閥是利用液壓雙腔膜片控制器，來控制主閥板和緩閉閥板輕柔緩慢啟閉動作。其工作過程如下。水泵啟動前，主閥板在自重和彈簧的作用下，處于關(guān)閉狀態(tài)，緩閉閥板由于閥后的壓力水進入膜片控制器上腔，產(chǎn)生向下壓力，也處于關(guān)閉狀態(tài)，此時閥門關(guān)閉。水泵啟動后，隨著泵口出水壓力的不斷增加，進入控制閥的壓力水一部分經(jīng)過主通道產(chǎn)生向上推動主閥板的力，主閥板逐漸開啟，另一部分壓力水通過外裝附件連接管上的控制閥和過濾器進入膜片控制器下腔，推動膜片向上運動，帶動緩閉閥板緩慢開啟，完成多功能控制閥的整個緩開過程，保證了水泵的輕載啟動。
當水泵停車后，控制閥中過流的介質(zhì)流速迅速減小，直至為零。閥桿上套裝的主閥板在自重和彈簧的作用下，迅速關(guān)閉，此時，緩閉閥板尚未關(guān)閉，閥后倒流水通過主閥板設置的泄流孔少量回流至出水管道，從而減小水錘沖擊力。主閥板關(guān)閉后，閥前進水端失壓，閥后回流水通過控制閥外裝附件出口側(cè)連接管路進入膜片控制器上腔，使壓板產(chǎn)生向下的力，促使同桿的緩閉閥板緩慢關(guān)閉，阻止介質(zhì)倒流，消除水錘現(xiàn)象。
多功能水泵控制閥主要性能參數(shù)見表1。
表1 多功能水泵控制閥主要性能參數(shù)
3.2 三偏心硬質(zhì)密封蝶閥簡介
泵站改造后水泵多功能控制閥后端出水管道及水泵進水管道檢修閥門采用D343H三偏心硬質(zhì)密封蝶閥。該閥采用三偏心密封結(jié)構(gòu)，即轉(zhuǎn)軸中心與閥板密封面和閥體中心線、密封面中心與流道中心線均設計為偏心。閥座與蝶板依靠擠壓起到密封作用，而且越關(guān)越緊，閥座與蝶板不產(chǎn)生摩擦，因此密封面也不會磨損。通常這類蝶閥采用不銹鋼密封圏，既具有金屬硬密封，耐高溫特點，又具有彈性密封，密封性好的特點，克服了普通蝶閥應用的局限性，適用介質(zhì)范圍廣，使用壽命長。通常用于介質(zhì)溫度《425的工作環(huán)境中作流量調(diào)節(jié)和截斷流體使用，見圖2。
圖2 三偏心硬質(zhì)密封蝶閥構(gòu)造圖
三偏心硬質(zhì)密封蝶閥主要性能參數(shù)見表2。
表2 三偏心硬質(zhì)密封蝶閥主要性能參數(shù)
4 泵站改造閥門的應用
4.1 閥門的選用
多功能水泵控制閥和三偏心硬質(zhì)密封蝶閥的選用都非常簡單，只要根據(jù)水泵機組附屬管路的工作壓力和口徑選用即可。
如麻家砭水庫泵站升級改造后的離心泵為4臺SOW200-670A單級雙吸臥式離心泵，水泵工作壓力1.26MPa，因此，選用了4只工作壓力為2.5MPa的DN400多功能水泵控制閥。檢修閥門水泵出水管選用4只2.5MPa的DN400蝶閥，進水管道選用4只1.0MPa的DN450蝶閥。
4.2 閥門的安裝
由于多功能水泵控制閥結(jié)構(gòu)簡單，DN500口徑以下該閥門的安裝長度與緩閉止回閥的安裝長度相同，在不增加或改變原有設計情況下， 只要將原設計止回閥位置換成多功能水泵控制閥即可，并按照閥體上標明的上下、前后流體方向，安裝在水平管道上。
作為檢修閥門的三偏心硬質(zhì)密封蝶閥，軸向安裝長度約為普通閘閥的，大大節(jié)約安裝空間，利于泵房管道布置。由于采用了三偏心結(jié)構(gòu)，蝶閥為雙向密封，即可在任意方向安裝，不受流向和安裝位置的限制。
麻家砭水庫泵站改造歷時3天安裝完成4只多功能水泵控制閥和8只蝶閥，調(diào)試后投入生產(chǎn)使用。
檢修蝶閥平時為常開狀態(tài)，只有在檢修水泵機組或多功能水泵控制閥時關(guān)閉，截斷流體，以便放空管道檢修。由于檢修蝶閥自身密封性良好，并且使用功能發(fā)生了變化，啟閉次數(shù)大為減少，閥門本體及法蘭漏水的問題也得到了有效控制。
泵站管路系統(tǒng)閥門安裝如圖3所示。
圖3 泵站閥門安裝示意圖
4.3 運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計
麻家砭水庫泵站從2012年12月10日開始使用改造后的各類控制閥，至今已運行一年多時間，由于檢修蝶閥只在檢修時使用，偶爾水泵出口蝶閥用作流量調(diào)節(jié)閥使用，開關(guān)次數(shù)很少，在此只統(tǒng)計分析多功能水泵控制閥的實際運行數(shù)據(jù)。
控制閥已累計使用時間和開、停次數(shù)如表3。
表3 控制閥累計使用時間和開、停次數(shù)
注：麻家砭水庫泵站4臺機組設計為3用1備，由于礦區(qū)用水量小于泵站供水能力，在實際生產(chǎn)中一般運行兩臺泵，4臺泵分為兩組，每15天倒換運行。
控制閥的自動開啟、關(guān)閉時間如表4。
表4 控制閥的自動開啟、關(guān)閉時間
控制閥運行時閥前和閥后的壓差如表5。
表5 控制閥運行時閥前和閥后的壓差
5 泵站改造后閥門使用數(shù)據(jù)分析和結(jié)論
（1）麻家砭水庫泵站改造至今已運行一年多，更換安裝的4只多功能水泵控制閥累計運行19849h，啟閉閥次數(shù)共計377次，未出現(xiàn)任何故障，說明該控制閥運行穩(wěn)定可靠。8只檢修蝶閥啟閉無漏水現(xiàn)象，起到檢修停水截斷作用，并且水泵出口蝶閥可在開啟45°范圍內(nèi)作為流量調(diào)節(jié)閥使用。
（2）水泵啟動時，泵出口壓力顯示為1.35-1.4MPa，經(jīng)過35s左右的時間緩緩降至1.3MPa，待正常工作時上述各多功能水泵控制閥的閥前壓力為1.3MPa，閥后壓力則為1.28-1.29MPa不等，說明控制閥前后端的壓差在0.01-0.02MPa，控制閥運行壓力損失小于止回閥。
（3）用多功能水泵控制閥更換水泵出口閘閥和止回閥，可以滿足離心泵閉閥啟動要求，降低水泵電機啟動負載；該閥不需額外動力驅(qū)動，*依靠水自控啟閉，不僅解決了因突然停電造成輸水管路介質(zhì)回流產(chǎn)生的水錘沖擊和水泵反轉(zhuǎn)，而且有效降低了職工的勞動強度，簡化操作。
（4）多功能水泵控制閥和三偏心硬質(zhì)密封蝶閥、安裝、調(diào)試和維護非常簡便，不需增加額外的附件，節(jié)省安裝間，利于泵房內(nèi)管道及設備布置。
此次應用實踐表明，SJDH745X型多功能水泵控制閥是一種集閘閥、止回閥、水錘消除器于一體的水力自控閥門，無需外加驅(qū)動，根據(jù)水泵運行狀態(tài)的變化自動啟閉，水力損失小，結(jié)構(gòu)簡單，一次調(diào)整到位后，后期無需調(diào)整，維護管理非常簡便，安全可靠性高；利用蝶閥安裝長度小的特點，代替閘閥作為檢修閥，節(jié)省安裝空間，在老泵站改造過程中，能夠更合理的布置管道及設備。上述兩種閥門的應用不僅*解決了麻家砭水庫泵站所存在的問題，而且*。此外，由于多功能水泵控制閥的特點，為后期泵站實現(xiàn)自動化控制創(chuàng)造了有利條件。