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1 前言

麻家砭水庫(kù)泵站為金堆城礦區(qū)供水系統(tǒng)的一級(jí)泵站，泵站建成投運(yùn)30余年，供水能力已不能滿足現(xiàn)階段礦區(qū)用水需求，設(shè)備及管道附屬配套設(shè)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(kuò)容升級(jí)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(jìn)各類新型控制閥門， 減少泄露，簡(jiǎn)化操作，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度。本文著重介紹泵站升級(jí)改造過程，控制閥門的選擇與應(yīng)用對(duì)提升泵站效率、提高運(yùn)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(kù)泵站進(jìn)行了擴(kuò)容升級(jí)改造，由原來(lái)7臺(tái)155kW多級(jí)離心泵并聯(lián)運(yùn)行改造為4臺(tái)355kW臥式雙吸離心泵并聯(lián)運(yùn)行，泵站輸水能力由原來(lái)的1750m³/h提升到2150m³/h，對(duì)泵站機(jī)組相應(yīng)的進(jìn)出水管道和閥門進(jìn)行了改造和更換。

原有離心泵出口均裝有手動(dòng)閘閥和止回閥，通過控制操作滿足水泵輕載啟動(dòng)的要求，停泵后防止水倒流并消除水錘對(duì)機(jī)組的影響。在水泵啟停過程中，手動(dòng)閘閥依靠人工操作，啟閉時(shí)間長(zhǎng)，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(shí)，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?jī)?nèi)進(jìn)行改造，擴(kuò)容升級(jí)后的水泵進(jìn)出水管道管徑增加，進(jìn)出水管由原來(lái)的DN250分別增加為DN450和DN400，相應(yīng)的閥門安裝尺寸加大，無(wú)法在原有泵房?jī)?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(duì)手動(dòng)閘閥安裝電動(dòng)機(jī)構(gòu)，或直接改為電動(dòng)閘閥，將原有的止回閥更換為緩閉止回閥。這種方法對(duì)于泵站的安全穩(wěn)定運(yùn)行還存在不足：①無(wú)法解決因突然停電、電動(dòng)控制閥不能及時(shí)關(guān)閉造成輸水管路中水倒流對(duì)水泵出水管路系統(tǒng)的沖擊，止回閥關(guān)閉不嚴(yán)造成水倒流水泵葉輪反轉(zhuǎn)；②由于電動(dòng)機(jī)構(gòu)的增加，經(jīng)常操作，故障點(diǎn)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(zhǎng)，還是無(wú)法解決泵站改造時(shí)附屬管路系統(tǒng)擴(kuò)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(duì)泵站改造過程中存在的問題，對(duì)水泵機(jī)組附屬管道閥門進(jìn)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(jìn)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(kù)泵站及改造過程中的問題，提高了泵站運(yùn)行的安全可靠性，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度與誤操作，優(yōu)化了泵房?jī)?nèi)管道布局，改善了工作環(huán)境。

3.1 多功能水泵控制閥簡(jiǎn)介

麻家砭水庫(kù)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(wú)需人工或電力驅(qū)動(dòng)。在水泵啟停過程中，自動(dòng)緩開、緩閉、滿足電機(jī)輕載啟動(dòng)、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(jìn)、出水管上的兩根連接管路組成，連接管上裝設(shè)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(shí)間，達(dá)到自動(dòng)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(lái)控制主閥板和緩閉閥板輕柔緩慢啟閉動(dòng)作。其工作過程如下。水泵啟動(dòng)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(jìn)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(shí)閥門關(guān)閉。水泵啟動(dòng)后，隨著泵口出水壓力的不斷增加，進(jìn)入控制閥的壓力水一部分經(jīng)過主通道產(chǎn)生向上推動(dòng)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(jìn)入膜片控制器下腔，推動(dòng)膜片向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)緩閉閥板緩慢開啟，完成多功能控制閥的整個(gè)緩開過程，保證了水泵的輕載啟動(dòng)。

當(dāng)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(shí)，緩閉閥板尚未關(guān)閉，閥后倒流水通過主閥板設(shè)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(jìn)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(jìn)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(jiǎn)介

泵站改造后水泵多功能控制閥后端出水管道及水泵進(jìn)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(shè)計(jì)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(huì)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(diǎn)，又具有彈性密封，密封性好的特點(diǎn)，克服了普通蝶閥應(yīng)用的局限性，適用介質(zhì)范圍廣，使用壽命長(zhǎng)。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?cái)嗔黧w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(yīng)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(jiǎn)單，只要根據(jù)水泵機(jī)組附屬管路的工作壓力和口徑選用即可。

如麻家砭水庫(kù)泵站升級(jí)改造后的離心泵為4臺(tái)SOW200-670A單級(jí)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(jìn)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(jiǎn)單，DN500口徑以下該閥門的安裝長(zhǎng)度與緩閉止回閥的安裝長(zhǎng)度相同，在不增加或改變?cè)性O(shè)計(jì)情況下， 只要將原設(shè)計(jì)止回閥位置換成多功能水泵控制閥即可，并按照閥體上標(biāo)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(zhǎng)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(kù)泵站改造歷時(shí)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(shí)為常開狀態(tài)，只有在檢修水泵機(jī)組或多功能水泵控制閥時(shí)關(guān)閉，截?cái)嗔黧w，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(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

麻家砭水庫(kù)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(yùn)行一年多時(shí)間，由于檢修蝶閥只在檢修時(shí)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(jì)分析多功能水泵控制閥的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)。

控制閥已累計(jì)使用時(shí)間和開、停次數(shù)如表3。

表3 控制閥累計(jì)使用時(shí)間和開、停次數(shù)

注：麻家砭水庫(kù)泵站4臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)為3用1備，由于礦區(qū)用水量小于泵站供水能力，在實(shí)際生產(chǎn)中一般運(yùn)行兩臺(tái)泵，4臺(tái)泵分為兩組，每15天倒換運(yùn)行。

控制閥的自動(dòng)開啟、關(guān)閉時(shí)間如表4。

表4 控制閥的自動(dòng)開啟、關(guān)閉時(shí)間

控制閥運(yùn)行時(shí)閥前和閥后的壓差如表5。

表5 控制閥運(yùn)行時(shí)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(kù)泵站改造至今已運(yùn)行一年多，更換安裝的4只多功能水泵控制閥累計(jì)運(yùn)行19849h，啟閉閥次數(shù)共計(jì)377次，未出現(xiàn)任何故障，說明該控制閥運(yùn)行穩(wěn)定可靠。8只檢修蝶閥啟閉無(wú)漏水現(xiàn)象，起到檢修停水截?cái)嘧饔茫⑶宜贸隹诘y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(dòng)時(shí)，泵出口壓力顯示為1.35-1.4MPa，經(jīng)過35s左右的時(shí)間緩緩降至1.3MPa，待正常工作時(shí)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(yùn)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(dòng)要求，降低水泵電機(jī)啟動(dòng)負(fù)載；該閥不需額外動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，*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(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)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(hù)非常簡(jiǎn)便，不需增加額外的附件，節(jié)省安裝間，利于泵房?jī)?nèi)管道及設(shè)備布置。

此次應(yīng)用實(shí)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(wú)需外加驅(qū)動(dòng)，根據(jù)水泵運(yùn)行狀態(tài)的變化自動(dòng)啟閉，水力損失小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一次調(diào)整到位后，后期無(wú)需調(diào)整，維護(hù)管理非常簡(jiǎn)便，安全可靠性高；利用蝶閥安裝長(zhǎng)度小的特點(diǎn)，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(shè)備。上述兩種閥門的應(yīng)用不僅*解決了麻家砭水庫(kù)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(diǎn)，為后期泵站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制創(chuàng)造了有利條件。