1.自吸泵上無閥門

 當(dāng)供應(yīng)給泵電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力突然切斷時(shí)，正向驅(qū)動(dòng)泵的能量只是泵和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的動(dòng)能。因?yàn)橥ǔ＿@個(gè)能量與在排出壓頭下為保持水流量而需要的能量比較相對較小，所以，泵轉(zhuǎn)速的降低非常快。當(dāng)泵轉(zhuǎn)速降低時(shí)，出口管線的水流量也要減少。作為這些流動(dòng)迅速變化的結(jié)果，在泵出口管線形成增加正常壓力的水錘波。這些正常壓力波迅速向出口處的出口管線傳播，在出口管線引起完全的波反射。泵的轉(zhuǎn)速立刻降到在現(xiàn)存壓頭下無水可送的那一點(diǎn)。如果在泵上沒有控制閥，雖然液流反向通過泵，但是泵仍然可以沿正向轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)在，自吸泵的轉(zhuǎn)速下降得更快，并通過了零轉(zhuǎn)速。立刻最大的反向流量就經(jīng)過了泵體，短時(shí)間內(nèi)，泵就作為透平工作，獲得反向飛逸轉(zhuǎn)速。當(dāng)泵接近飛逸轉(zhuǎn)速時(shí)，反向過泵的液流減少。對于徑流泵，這個(gè)反向流的迅速下降要在泵和沿著出口管線的長度產(chǎn)生壓升。對于給定的一系列徑流泵(低比轉(zhuǎn)數(shù))的特性，大量的水錘問題解決成果。當(dāng)泵沒有安裝控制閥時(shí)，這些圖提供了一個(gè)在泵和出口管線中間長度處獲得水力瞬態(tài)過程的方便方法。盡管這些曲線理論上適用于一整套個(gè)別徑流泵的特性，但是它們對排除任何徑流泵出口線的水錘效應(yīng)都是有用的。包括泵和電動(dòng)機(jī)慣性效應(yīng)和水錘波在出口管線傳播時(shí)間的常數(shù)。如果在正常的運(yùn)行期間出口管線里的摩擦壓頭大于總輸送壓頭的25%，并且假如在出口管線的任意點(diǎn)不發(fā)生水柱分離，則反向流過泵體的最大壓頭一般不會超過開始的輸送壓頭. (1)裝備止回閥的自吸泵。有一些與泵出口管線使用止回閥相關(guān)的問題。在穩(wěn)流狀態(tài)下，泵出門維持止回閥打。然而，在動(dòng)力故障后液流反向流過泵時(shí)，止回閥在反向流作用下非常迅速地關(guān)閉，并在止回閥盤上產(chǎn)生動(dòng)力。在這些狀況下，如果忽略竹線摩擦阻力，止回閥處出口管線內(nèi)的壓升大約等于當(dāng)日寸反向流的壓降。然而，如果由于鉸接的摩擦、故障，或閥門的慣性特性，止回閥朝反向流關(guān)閉瞬時(shí)延遲，那么，在止回閥處出日管線的最大壓升可能被明顯提高。另一方面，如果止回閥在反向流之前能稍微關(guān)閉一些，那么在閥門處泵出口管線的壓升還要低于當(dāng)時(shí)反向流關(guān)閉止回閥時(shí)出現(xiàn)的壓升。我們通過止回閥制造廠利用了這個(gè)特點(diǎn)，制造廠在止回閥鉸接軸上安裝彈簧支承或杠桿受力裝置以在反向流前幫助關(guān)閉閥門。對于這些裝置而言，為了保持閥盤開度，以使在穩(wěn)流狀態(tài)下閥門的壓頭損失最小，在正常流動(dòng)狀態(tài)下，閥盤上的液壓力必須足以克服彈簧和杠桿力。 自吸泵出口管線上的止回閥可以分為兩大類，快關(guān)和慢關(guān)。根據(jù)先前所述，當(dāng)動(dòng)力故障時(shí)，對止回閥的基本要求是在實(shí)際的回流發(fā)生之前，應(yīng)該迅速地關(guān)閉。當(dāng)因?yàn)橄到y(tǒng)的流動(dòng)特性和止回閥的結(jié)構(gòu)原因而不能滿足對快關(guān)止回閥這個(gè)基本要求時(shí)，可以取代的是提供一個(gè)像緩沖器這樣的裝置，它會放慢或緩沖止回閥最后部分的閉合。這個(gè)特點(diǎn)己被許多止回閥制造商所利用。 (2)可控制的閥門閉合。在大部分大型的泵送裝置現(xiàn)場，通常在動(dòng)力故障后使用單接出口閥的閉合來限制出口管線的壓升至一個(gè)容許值。然而，我們發(fā)現(xiàn)即使最合適的單接閉合，也會發(fā)生一些低于最大反向設(shè)備飛逸速度的反向旋轉(zhuǎn)。如果根據(jù)其他的考慮，希望防止或限制設(shè)備的反向轉(zhuǎn)速，則可以應(yīng)用雙接閥門閉合。這種情況下，出口閥應(yīng)非常迅速地關(guān)閉它行程的主要部分，直到泵反向流的時(shí)刻。為了限制出口管線的壓升達(dá)至一容許值，然后，應(yīng)該在低速下結(jié)束剩余的部分行程。在同一出日管線上不止一個(gè)泵的輸送裝置，對可能在動(dòng)力故障時(shí)各種泵運(yùn)行的組合，在最適宜的單接和雙接閉合比率上，應(yīng)該設(shè)計(jì)兼顧的方案。 (3)波動(dòng)抑制器。為了控制在動(dòng)力中斷后泵出口管線出現(xiàn)的壓升，有時(shí)在輸送裝置上使用波動(dòng)抑制器。典型的波動(dòng)抑制器由一個(gè)液壓控制動(dòng)作閥組成，該液壓控制動(dòng)作閥在或是由于電磁線圈的功率損失，或是由于在波動(dòng)抑制器上壓力突然大降或壓力升高引起的動(dòng)力中斷后迅速打開。這個(gè)閥門提供了一個(gè)從泵出口管線上釋放水的口。當(dāng)水流被切斷時(shí)，由于緩沖作用，閥門以低速稍后關(guān)閉以控制壓升。只要在出口管線的其他位置不出現(xiàn)水柱的分離，那么，大小合適和可現(xiàn)場調(diào)節(jié)的波動(dòng)抑制器可以使出口管線的壓升降至任意的期望值。 對波動(dòng)抑制器適當(dāng)?shù)默F(xiàn)場調(diào)節(jié)是非常重要的。如果抑制器隨動(dòng)力故障太迅速地打開，泵和沿出口管線輪廓的向下波動(dòng)要大于假設(shè)不存在波動(dòng)抑制器的情況。作為結(jié)果，由于過早地打開波動(dòng)抑制器，則可能在出口管線的某些部位出現(xiàn)水柱分離。如果在形成最大的反向流量之后，抑制器關(guān)閉得太快，也會導(dǎo)致出現(xiàn)大的壓升。 (4)水柱分離。在自吸泵的電動(dòng)機(jī)動(dòng)力故障之后，無論何時(shí)任何位置只要瞬時(shí)水壓梯度使出口管線的壓力降至水蒸氣壓力，就會出現(xiàn)水柱分離。無論何時(shí)出現(xiàn)這種狀況，常規(guī)的水錘解決辦法不再有效。如果管內(nèi)低于大氣壓的壓力狀況持續(xù)一段時(shí)間，出口管線里的水就要分開并被水和蒸汽段隔離。當(dāng)兩股水柱重接時(shí)，則經(jīng)?？赡軐?dǎo)致高壓升，所以，只要有可能，應(yīng)該避免水柱的分離。 (5)快開、慢關(guān)閥門?？梢詰?yīng)用快開、緩沖器控制的慢關(guān)閥門限制出口管線高點(diǎn)的壓升，我們知道，在高點(diǎn)會頻繁出現(xiàn)水柱分離現(xiàn)象。當(dāng)管線在水柱分離點(diǎn)的壓力降至預(yù)先設(shè)定的閥門設(shè)定值以下時(shí)，閥門快速打開，并有少量的空氣導(dǎo)入管線內(nèi)。當(dāng)管線內(nèi)上部水柱停止不動(dòng)之虧，水柱相反地返回到閥門附近的分離點(diǎn)，閥門被完全打開。空氣和水混合，然后暢通的水通過閥門排出。由此可以看出，打開的閥門提供了一個(gè)泄放點(diǎn)，從而減少因水柱重接而引起的壓升。在緩沖器的作用下，閥門稍后緩慢地關(guān)閉，因而，當(dāng)反向流被切斷時(shí)，在出口管線閥門位置出現(xiàn)的壓升不是有害的。無論何時(shí)，使用這些閥門，都應(yīng)采取預(yù)防措施，保證它們有合適的尺寸及調(diào)整至合適的開關(guān)時(shí)間，并充分防凍。 (6)單向調(diào)壓槽。由作者介紹的單向調(diào)壓槽是一種有效且經(jīng)濟(jì)的用于出現(xiàn)水柱分離位置的壓打調(diào)節(jié)設(shè)備。單向調(diào)壓槽是一個(gè)較小的、用水充入的罐，液面遠(yuǎn)低于水壓梯度，以止回閥同于線連接，止回閥因出口管線壓力保持關(guān)閉。動(dòng)力故障時(shí)，當(dāng)出口管線在單向調(diào)壓槽處的壓力降至低于罐里相當(dāng)水面的壓頭時(shí)，止回閥快速打開，罐開始排水，充填由水柱分離而形成的空間。當(dāng)上段水柱液流開始回口才，單向調(diào)壓槽的止回閥在出口管線形成任何明顯的回流之前就關(guān)閉了。這樣，在水柱重接時(shí)就不存在壓升。單向調(diào)壓槽開始的水面通常是用浮球控制或高度閥來自動(dòng)維持。應(yīng)該注意，單向調(diào)壓槽在泵出口管線起動(dòng)循環(huán)期間不發(fā)生作用，同時(shí)，也必須防凍。 (7)氣壓室。在一個(gè)很長的泵出口管線上控制壓力波動(dòng)的有效設(shè)備是液壓氣壓罐或氣壓室。氣壓室通常位于或接近輸送裝置。它可以是任何所希望的形狀，并且可以直立、水平或傾斜狀態(tài)放置。氣壓室的較低部位含水，上部分含壓縮空氣。用浮球液面控制器和空氣壓縮機(jī)來保持所希望的空氣和水面。當(dāng)動(dòng)力故障在泵的電動(dòng)機(jī)上出現(xiàn)時(shí)，由泵產(chǎn)生的壓頭和流量迅速下降，而氣壓室內(nèi)的壓縮空氣膨脹，并迫使水排出氣壓室底部進(jìn)入出口管線，這樣，就使管線里的速度變化和水錘效應(yīng)降至最小程度。當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速降至泵不能克服現(xiàn)有壓頭輸送水時(shí)，這通常是在動(dòng)力故障后的零點(diǎn)幾秒，泵出口側(cè)的止回閥迅速關(guān)閉，然后減速停泵。短時(shí)間后，出口管線里的水也減少至停止，然后發(fā)生回流并反向流進(jìn)氣壓室。當(dāng)回流進(jìn)入氣壓室時(shí)，通常通過一個(gè)節(jié)流孔板，氣壓室里的空氣體積縮小，而在出口管線里產(chǎn)生高于輸送壓頭的壓升。這個(gè)壓升的大小取決于節(jié)流孔板和氣壓室內(nèi)開始的空氣體積。 (8)調(diào)壓槽。因?yàn)檎{(diào)壓槽沒有可能不正常工作的運(yùn)動(dòng)部件，所以，它是一個(gè)最可靠的、可用于輸送裝置的設(shè)備。在泵電動(dòng)機(jī)動(dòng)力故障之后減小由于出口管線流量的迅速變化而引起的水錘。隨著動(dòng)力故障，調(diào)壓槽內(nèi)的水提供了一個(gè)靠近的勢能源，能有效地減小流量變化率和出口管線的水錘。 普通調(diào)壓槽的一個(gè)缺點(diǎn)是罐的頂部必須延長到正常的水壓梯度以上以避免溢流，因而，在高壓頭輸送裝置里，罐相當(dāng)高和相當(dāng)昂貴。為了得到最經(jīng)濟(jì)的調(diào)壓槽的設(shè)計(jì)，應(yīng)該對位于罐基的節(jié)流裝置的合適尺寸給予注意。 (9)不反轉(zhuǎn)的棘輪機(jī)構(gòu) 為了減小因動(dòng)力故障引起泵出口管線出現(xiàn)水錘現(xiàn)象，有時(shí)使用的其他機(jī)構(gòu)是在泵和電動(dòng)機(jī)軸上安裝不反轉(zhuǎn)的棘輪機(jī)構(gòu)，防止泵反向旋轉(zhuǎn)。在發(fā)生動(dòng)力故障時(shí)，因?yàn)橛写罅康幕亓魍ㄟ^靜止的葉輪，因此，這個(gè)裝置對控制水錘是有效的。除了在小泵上應(yīng)用的情況以外，迄今為止，不反轉(zhuǎn)棘輪機(jī)構(gòu)的使用經(jīng)驗(yàn)非常令人失望。在許多中等規(guī)模的使用了這些機(jī)構(gòu)的泵設(shè)備上，都由于其他嚴(yán)重的機(jī)械故障造成突然的軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)引起對泵和電動(dòng)機(jī)軸系統(tǒng)的沖擊。 2.電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)再起動(dòng) 在小的無人看管的自吸泵裝置上，經(jīng)常希望在動(dòng)力故障后，立刻恢復(fù)動(dòng)力，自動(dòng)地使泵恢復(fù)運(yùn)行。然而，我們發(fā)現(xiàn)，有時(shí)在非常短時(shí)的動(dòng)力中斷后，當(dāng)回流業(yè)已通過泵件時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)能再起動(dòng)，并且可以快速地達(dá)到正向轉(zhuǎn)速。在這種狀態(tài)下，出口管線里的水錘是有害的。如果在這樣的瞬時(shí)狀態(tài)下，泵的電動(dòng)機(jī)具有再起動(dòng)的能力，應(yīng)該在電動(dòng)機(jī)控制器上安裝延時(shí)或類似的裝置，以使泵在有把握運(yùn)行時(shí)才能起動(dòng)。 3.正常的泵起動(dòng) (1)在控制閥門打開的情況下。在一些泵裝置上，泵頂著關(guān)閉的出口側(cè)閥門提速。然后，閥門緩慢地開啟，在出口管線內(nèi)有非常小的水錘。然而，會發(fā)現(xiàn)在閥門打開期間，因?yàn)橥ㄟ^閥門的壓頭損失非常迅速地減少，因此，在只有較小的閥門開度下就兒乎在出口管線形成泵的全部流量。對于長的出口管線，必須在決定最佳閥門開度的比率上考慮閥門打開期間的壓頭損失和流量特性。 (2)在有止回閥的情況下。在依靠止回閥保持管線充滿的泵送裝置上，由泵起動(dòng)引起的出口管線的水錘在某些情況下可能是有害的。如果電動(dòng)機(jī)非常迅速地提高轉(zhuǎn)速，當(dāng)進(jìn)入管線的流量突然增加時(shí)，泵會在出口管線里產(chǎn)生一個(gè)壓升。正如先前所述，這個(gè)壓升對徑流泵(低比轉(zhuǎn)數(shù)泵)來說要低于軸流泵(高比轉(zhuǎn)數(shù)泵)。 (3)在泵殼缺水的情況下。在配備了大型泵的輸送裝置，經(jīng)常在泵殼缺水情況下進(jìn)行泵的正常起動(dòng)，通過使用壓縮空氣使水面降至泵葉輪以下來完成，壓縮空氣則在出口閥關(guān)閉和出口管線充滿時(shí)導(dǎo)入泵殼。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中己同步之后，釋放泵殼中的壓縮空氣，讓水從吸入口彎管重新進(jìn)入泵體，這之后，出口閥被緩慢地打開。這種操作形式對大部分大型輸送裝置來說是令人滿意的，通常在出口管線上不存在明顯的水錘效應(yīng)。然而，少數(shù)的大型泵裝置對這種操作形式有一些麻煩。在后者的情況下，當(dāng)吸入口彎管的提升水面首先到達(dá)泵葉輪時(shí)，在幾秒鐘之內(nèi)出現(xiàn)非常快的抽吸作用，并在同時(shí)可能出現(xiàn)嚴(yán)重的來自止推軸承的對泵和電動(dòng)機(jī)的反向壓力。如果這種快速的抽吸作用出現(xiàn)時(shí)，出口閥仍然關(guān)閉，在出口管線就不會發(fā)生水錘效應(yīng)。 (4)有調(diào)壓槽或氣壓室的情況下。當(dāng)輸送裝置有調(diào)壓槽或氣壓室時(shí)，無論泵流量的增加是突然的還是漸次的，都只產(chǎn)生非常小的差別，因?yàn)榱髁客蝗辉黾拥闹饕糠謺M(jìn)入調(diào)壓槽或氣壓室。由于有這些設(shè)施，泵壓升的急劇現(xiàn)狀會轉(zhuǎn)化成出口管線內(nèi)的較小的壓升，并接著在調(diào)壓槽或氣壓室內(nèi)發(fā)生的慢慢地?cái)[動(dòng)。 (5)正常的自吸泵停車。在泵正常停車時(shí)，輸送裝置首先關(guān)閉泵出口側(cè)的控制閥，然后切斷泵電動(dòng)機(jī)的電源，這樣，在泵出口管線產(chǎn)生最小的水錘效應(yīng)。如果在泵出口側(cè)僅使用止回閥，并切斷了與同一出口管線相連的幾個(gè)泵電動(dòng)機(jī)中的一個(gè)電動(dòng)機(jī)的電源，那么己經(jīng)停車的泵的液流會迅速地反向流動(dòng)，止回閥會迅速地關(guān)閉。應(yīng)用止回閥的防沖擊或慢關(guān)特性會降低出口管線的水錘效應(yīng)。