1．概述

黃河沿線8省有近百個提灌工程，灌溉面積過百萬畝的大型提灌工程也有幾十個，裝機容量超過百萬千瓦的泵站更是星羅棋布，目前泵站出水口閥門的配套選型有三種類型的閥門較為普遍：它們分別是液控緩閉蝶閥、微阻緩閉止回閥和多功能水泵控制閥。這三種類型的閥門都具有在關閥階段，通過快關、慢關二階段關閉過程，能有效控制閥后管道水錘升壓和水泵倒轉速度的功能。由于工作原理的差異，閥門結構也不盡相同，其工況流阻和關閉特性也有區別。本文結合設計制造，試驗測算，運行調研分析如下。

2．液控緩閉蝶閥結構特性及試驗情況

2.1 結構特性

液控緩閉蝶閥是由閥門主體、液壓驅動裝置和電器控制系統三部分組成，如圖1所示。液控緩閉蝶閥的開啟通過液壓驅動裝置向液壓油缸提供壓力油，液壓控制系統推動活塞桿帶動拐臂使蝶板旋轉，從而開啟或保持蝶板在設定位置。液控緩閉蝶閥的關閉程序依據水泵機組失電后的水利和機械過渡機理設計，反映在輸水管線上主要是管道介質流速和壓力的變化與泵站機組轉速和轉矩的變化，調整液壓油缸快關、慢關角度和時間，使蝶閥按預定要求完成快、慢二階段關閉，能有效防止管道水錘升壓和控制水泵倒轉速度。該閥具有就地手動、泵閥聯動、計算機監控等啟閉操作控制功能。泵站事故失電工況關閉特性與正常停機相同。按蓄能形式不同有重錘式和蓄能罐式二種結構。

2．2 流阻系數測定

在蝶閥前、后直管段，分別裝測壓環管和孔板流量計，經穩壓筒穩壓后分別與標準壓力表及差壓變送器連接，將差壓信號轉換為電信號送入光線示波器進行記錄，用超聲波流量儀測試流量。本次測試用液控緩閉蝶閥的公稱壓力0.6MPa，公稱通徑1200mm，對應水泵裝置揚程56m，流量3m³/s。流阻系數實測數值如表1所示。工況測試流阻數值與JB/T53171—1999蝶閥產品質量分等標準(等效于ISO/TC153/SClGT8—37)表2對比，流阻系數明顯小于標準。分析表1流阻系數實測數值看出，蝶閥全開位置流阻系數較小，這與蝶閥結構有關外還因此時介質不易產生流動分離；但隨著蝶閥關閉角度的增大，蝶閥背面出現大范圍的回流形成渦流控制著流場，流阻系數也將隨著關閥角度的增大呈指數性增長。

2．3 水錘壓力的測定

在蝶閥出水口壓力管道上裝測壓環管，分別與標準壓力表及壓力變送器連接，并將壓力信號轉換為電信號送人光線示波器進行記錄，水泵轉速用光電測速儀測量。在水泵正常工況下，突然停電，用示波器記錄斷電后蝶閥自動關閉過程中水錘壓力、水泵轉速、閥門振動等參數的變化：由試驗可知該閥門在快關70°，歷時3.7S；慢關20°，歷時13S；最大水錘壓力為O.67MPa，相當于正常壓力的1.29倍；最大水泵倒轉轉數30r/min，為水泵額定轉速的5％，蝶閥事故斷電實測數值如表3所示。

3．微阻緩閉止回閥結構特性及試驗情況

3．1 結構特性

微阻緩閉止回閥是在旋啟式止回閥基礎上增設液壓緩沖機構改制而成，具體結構如圖2所示。該閥門密封形式采用平面壓縮密封，沿管口軸線方向設計合理的位移量，因而密封性能是隨著管道壓力的變化可以自行調節，其工作原理是閥門開啟依靠管道壓力推開閥板，同時緩沖油缸通過水油換能器將主水泵出口壓力轉換為油壓力傳遞給緩沖油缸將油缸活塞桿推出，為閥門關閉作好緩沖準備；關閉時閥板在自身重量和管道回水作用下快速關閉至活塞桿位置，活塞桿在閥板沖量作用下開始按預設速度緩慢關閉，直至密封副接觸達到閥門密封效果。該閥緩沖油缸結構簡單，不需要增加其他控制設施，閥門開啟依靠管道壓力，快、慢關角度調節依據緩沖油缸活塞桿伸出長短位置而定。慢關時間通過調整緩沖油缸回油流量大小來實現。

3．2 流阻系數的測定

測定方法同液控緩閉蝶閥。在水泵正常運行工況條件下，閥板處于最大開度36°時，測量閥前、閥后壓力差，進而計算在最大開度下的流阻系數。本次測試用微阻緩閉止回閥的公稱壓力1.0MPa，公稱通徑800mm，對應水泵裝置揚程32m，流量1m³/s。經測算，閥門全開最大開度下流阻系數為1.02，大于國家部頒標準，與液控緩閉蝶閥相比其值偏大。

3．3 閥門關閉特性測定

測定方法同液控緩閉蝶閥。該閥門快關角度調整范圍32.5°～34.5°，快關時間2～3.6s，慢關角度調整范圍1.5°～3.5°，慢關時間可在6～30s內連續調節。閥門全開后，蝶板擺動幅度在0.5°～1°之間；蝶板開度與流速呈線性關系，流速(流量)小，開度小；流速(流量)達最大時，蝶板開至最大，流速(流量)穩定時，蝶板開度基本保持不變，開閥最大水錘壓力為額定壓力的1.5倍，水錘波較大。關機試驗最大水錘壓力為0.34MPa，相當于額定壓力的1.23倍。泵站事故失電關閉特征與正常關閉相同。關機試驗實測數值如表4所示。表中數據是在閥門快關角度34°，歷時2.4S，慢關角度2°，歷時11.8S測定的。此時水泵倒轉速度為零，最大水錘壓力O.325MPa，是正常壓力的1.17倍。

4．多功能水泵控制閥結構特性及試驗情況

4.1 結構特性

多功能水泵控制閥由閥門主體和外裝附件組成，如圖3所示。緩閉閥板用閥桿組件與壓板及膜片連為一體，膜片組件將密閉的緩閉水室分為上下兩腔。多功能水泵控制閥的外裝附件安裝在閥門膜片兩側，膜片的下腔與閥門進水口相連，膜片上腔與閥門出水口相連。主閥閥板可以沿閥桿上下滑動。閥門的開啟是利用主水泵啟動后產生的管道水頭壓力推動主閥閥板和緩閉閥板一同開啟，同時通過控制閥管路系統向膜片組件下腔充水，推動膜片組件連同緩閉閥板上移，為停泵閥門關閉做準備。閥門的關閉是在主水泵停機后進行的。首先主閥閥板在自身重量和倒流壓差作用下先行關閉，依靠在主閥閥板關閉后形成的壓差，通過控制閥管路系統向膜片組件上腔充水，推動膜片組件下移，實現閥門緩閉，緩閉時間通過調整控制閥流量來完成。

4．2 流阻系數的測定

測定方法與上述閥門相同。測試用多功能水泵控制閥的公稱壓力1.0MPa，公稱通徑800mm，對應水泵裝置揚程28.84m，流量0.98m³/s。經現場測試計算，流阻系數為4.5～5.0°閥門主體結構會使流體產生繞流脫體現象，相對上述二種結構的閥門流阻系數要大一些。

4．3 停泵水錘壓力測定

測試方法與上述閥門關閉特性試驗相同。測試用多功能水泵控制閥的公稱壓力1.OMPa，公稱通徑800mm，對應水泵裝置揚程26m，流量lm³/s。經現場測試最大水錘壓力為O.29MPa。是正常壓力的1.115倍。開閥水錘與微阻緩閉止回閥比較接近。相對于液控緩閉蝶閥水頭損失較大。

5．結語

結合測試數據和揚黃灌區工程泵站運行調研對比，以上三種閥門都具有一閥替代二閥(逆止閥+閘閥)的功用。并能實現開泵時有效開啟，停泵時快、慢兩階段關閉。上述三種類型閥門工作原理不同，各自的技術特征有所差異：

液控緩閉蝶閥：通過液壓控制裝置來控制開閥速度，通常在30～60s的范圍內可調，能滿足離心泵在零流量時軸功率最小的啟動特性，閥門開啟時水錘升壓很小。液壓控制裝置能按設計要求實現兩階段關閉角度和時間調定，通常快關時間在3～10s范圍可調，慢關時間在6～30s或更長范圍調整。靈敏度、穩定性和可靠性較高，能有效防止正常停泵和事故失電停泵閥后管道水錘升壓，控制主水泵倒轉速度，確保水機設備和管網安全。適用范圍廣，尤為適用于高揚程，大流量，長管道的揚黃灌溉工程。適用于裝置揚程在60～120m，單機流量3～6³/s以內的場合。

微阻緩閉止回閥：主水泵啟動后依靠管道壓力推開閥板，開閥速度隨主水泵啟動過渡過程變化，時問約4s左右，開閥速度不可調整，由于開閥時間較短，開閥水錘升壓隨主水泵揚程變化波動較大。閥門快關過程處于自由不可控狀態，造成快關、慢關過渡時有撞擊力，慢關角度在1.5～3.5°范圍，行程較短，慢關時間調整范圍小。適用于裝置揚程低于40m，單機流量1³/s以下，揚程較低，流量較小，管道短的場合。此時可有效防止停泵和事故失電閥后管道水錘升壓，控制主水泵倒轉速度。

多功能水泵控制閥：依靠主水泵啟動后管道水頭壓力推開主閥閥板和緩閉閥板，開閥速度及開度隨主水泵揚程變化，開閥速度不可調整，開閥水錘升壓隨主水泵揚程變化波動較大。閥門快關過程處于自由不可控狀態，快關結束時有撞擊力。慢關速度和時間由控制閥管路系統調節。適用于揚程較高，流量較小，閥前、閥后壓差較大，清水介質的水泵裝置。可有效防止停泵和事故失電閥后管道水錘升壓，控制主水泵倒轉速度。

相比之下，液控緩閉蝶閥流阻系數最小，水頭損失小，運行較為經濟，結構長度較短，適用范圍廣。微阻緩閉止回閥流阻系數次之，多功能水泵控制閥流阻系數較大。后兩種閥門結構長度較長，適用范圍有局限性。用戶應結合工況技術特征和水泵運行要求合理選型。

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