二级建造师辅导：多功能水泵控制阀的水锤防护特性及其应用

　　摘要：本文论述了新型多功能水泵控制阀的水锤防护原理，并结合实际工程应用情况，介绍该控制阀的设计计算方法。

　　关键词：多功能水泵控制阀 水锤防护原理

　　1 引言

　　水锤控制是给水管道系统设计的一项重要内容。水锤的形成与阀门的迅速关闭/开启有关，由于阀门关闭/开启时间Ts与水锤波的相长T的差异，表现为直接水锤和间接水锤两种形式。

　　当Ts﹤T时，在阀门关闭过程中，反射回来的水锤波尚未到达阀门时，阀已关闭，水锤波所产生的压强增高值无干扰作用，这种水锤称为直接水锤，阀门开状态与关闭状态刚好相反，装有普通止回阀的供水系统中常常产生直接水锤。

　　当Ts﹥T时，在阀门关闭过程中，反射回来的水锤波到达阀门时，阀门尚未完全关闭，水锤波导致的压强增值受到了干扰，水锤峰值被削减，这种水锤称为间接水锤。在同一条件下，直接水锤比间接水锤的危害性要大得多，危害最大的是断流弥合水锤。株洲南方阀门制造有限公司生产的多功能水泵控制阀，就是通过控制阀门的关闭状态，造成间接水锤的形成条件来实现管道系统的水锤防护的。

　　2 水锤波增压值的理论计算

　　给水系统水锤波的压力峰值P为水泵的额定扬程P1和水锤压力增值△P的迭加值即：

　　P=P₁+△P （1）

　　（1）直接水锤压力增值△P

　　按儒可夫斯基公式，可以计算供水系统中发生直接水锤时的压力增值△P

　　（2）

　　△P—直接水锤的压力增值，KPa；

　　V₀—水锤产生前管道中的平均流速，m/s；

　　V—水锤产生后管道中的平均流速，m/s；

　　（3）式中，K：水的弹性模量，N/m2；K=2.04 ×105N/cm²

　　E：管壁材料的弹性模量，N/m2，钢管或钢筋混凝土管，EO=2.04×107N/cm²

　　D：供水管的直径，mm；

δ：供水管的管壁存度，mm；

　　C₀=K/ρ，在密度为ρ，弹性模量为K的无边界液体介质中声音的传递速度，对于水，C₀=1425m/s.

　　从式（2）可以看出，当管道材料及其所输送的介质确定以后，直接水锤的压力增值△P，是管径和流速的函数，△P=f（V，1/D），直接水锤的压力增值△P随着流速的增大而增大，随着管径的增加而减小。因而在工程设计中可以通过降低流速 即增大管径来降低水锤的危害。

　　（2）间接水锤压力增值△P1的计算

　　间接水锤的压力增值计算比较复杂[2] [3] ，可按流体力学公式进行计算

　　△P，=T/Ts·△P （4）

　　△P^'—间接水锤时的水压增值，KPa ；

　　由于发生间接水锤时，T_s﹥T，由式（4）可知，△P^'﹤△P，即同样条件下间接水锤较直接水锤的水锤压力峰值要小。当阀门的关闭（开启）时间T_s，水锤波的相长T确定之后，可以按（4）式直接计算间接水锤的压力增值。在实际选用水泵多功能阀时，当直径大于DN800时，一般以T_s=（1.3：1.5）T，T_s≯2.0T为宜。当管道直径较小、管道不长时，T_s可以适当加大，闭阀历时Ts可以是水锤相T=2L/C的2：10倍，把实际水锤压力P限定在安全范围内。可通过调节阀门启闭动作时间（3～120s），使计算水锤压力峰值小于1.5倍水泵工作压力。这一点不同于液控缓闭阀，液控缓闭阀是通过快关、慢关两阶段实现的，在快关阶段，关闭角度大，约为60：80%，而时间很短，为1：2s；在慢关阶段，关闭角度小。关闭时间太长，容易引起 压力管道中的水大量倒流，使水泵反转速度超过允许值，或者造成压力管道中的水柱被快速拉断，部分管段出现真空，甚至产生断流弥合水锤。