1.自吸泵上無閥門

 當供應給泵電動機的動力突然切斷時，正向驅動泵的能量只是泵和電動機轉子上的動能。因為通常這個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，泵轉速的降低非常快。當泵轉速降低時，出口管線的水流量也要減少。作為這些流動迅速變化的結果，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。泵的轉速立刻降到在現存壓頭下無水可送的那一點。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動。現在，自吸泵的轉速下降得更快，并通過了零轉速。立刻最大的反向流量就經過了泵體，短時間內，泵就作為透平工作，獲得反向飛逸轉速。當泵接近飛逸轉速時，反向過泵的液流減少。對于徑流泵，這個反向流的迅速下降要在泵和沿著出口管線的長度產生壓升。對于給定的一系列徑流泵(低比轉數)的特性，大量的水錘問題解決成果。當泵沒有安裝控制閥時，這些圖提供了一個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都是有用的。包括泵和電動機慣性效應和水錘波在出口管線傳播時間的常數。如果在正常的運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的問題。在穩(wěn)流狀態(tài)下，泵出門維持止回閥打。然而，在動力故障后液流反向流過泵時，止回閥在反向流作用下非常迅速地關閉，并在止回閥盤上產生動力。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的壓升大約等于當日寸反向流的壓降。然而，如果由于鉸接的摩擦、故障，或閥門的慣性特性，止回閥朝反向流關閉瞬時延遲，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閉一些，那么在閥門處泵出口管線的壓升還要低于當時反向流關閉止回閥時出現的壓升。我們通過止回閥制造廠利用了這個特點，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，快關和慢關。根據先前所述，當動力故障時，對止回閥的基本要求是在實際的回流發(fā)生之前，應該迅速地關閉。當因為系統(tǒng)的流動特性和止回閥的結構原因而不能滿足對快關止回閥這個基本要求時，可以取代的是提供一個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。這個特點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場，通常在動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容許值。然而，我們發(fā)現即使最合適的單接閉合，也會發(fā)生一些低于最大反向設備飛逸速度的反向旋轉。如果根據其他的考慮，希望防止或限制設備的反向轉速，則可以應用雙接閥門閉合。這種情況下，出口閥應非常迅速地關閉它行程的主要部分，直到泵反向流的時刻。為了限制出口管線的壓升達至一容許值，然后，應該在低速下結束剩余的部分行程。在同一出日管線上不止一個泵的輸送裝置，對可能在動力故障時各種泵運行的組合，在最適宜的單接和雙接閉合比率上，應該設計兼顧的方案。 (3)波動抑制器。為了控制在動力中斷后泵出口管線出現的壓升，有時在輸送裝置上使用波動抑制器。典型的波動抑制器由一個液壓控制動作閥組成，該液壓控制動作閥在或是由于電磁線圈的功率損失，或是由于在波動抑制器上壓力突然大降或壓力升高引起的動力中斷后迅速打開。這個閥門提供了一個從泵出口管線上釋放水的口。當水流被切斷時，由于緩沖作用，閥門以低速稍后關閉以控制壓升。只要在出口管線的其他位置不出現水柱的分離，那么，大小合適和可現場調節(jié)的波動抑制器可以使出口管線的壓升降至任意的期望值。 對波動抑制器適當的現場調節(jié)是非常重要的。如果抑制器隨動力故障太迅速地打開，泵和沿出口管線輪廓的向下波動要大于假設不存在波動抑制器的情況。作為結果，由于過早地打開波動抑制器，則可能在出口管線的某些部位出現水柱分離。如果在形成最大的反向流量之后，抑制器關閉得太快，也會導致出現大的壓升。 (4)水柱分離。在自吸泵的電動機動力故障之后，無論何時任何位置只要瞬時水壓梯度使出口管線的壓力降至水蒸氣壓力，就會出現水柱分離。無論何時出現這種狀況，常規(guī)的水錘解決辦法不再有效。如果管內低于大氣壓的壓力狀況持續(xù)一段時間，出口管線里的水就要分開并被水和蒸汽段隔離。當兩股水柱重接時，則經常可能導致高壓升，所以，只要有可能，應該避免水柱的分離。 (5)快開、慢關閥門。可以應用快開、緩沖器控制的慢關閥門限制出口管線高點的壓升，我們知道，在高點會頻繁出現水柱分離現象。當管線在水柱分離點的壓力降至預先設定的閥門設定值以下時，閥門快速打開，并有少量的空氣導入管線內。當管線內上部水柱停止不動之虧，水柱相反地返回到閥門附近的分離點，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泄放點，從而減少因水柱重接而引起的壓升。在緩沖器的作用下，閥門稍后緩慢地關閉，因而，當反向流被切斷時，在出口管線閥門位置出現的壓升不是有害的。無論何時，使用這些閥門，都應采取預防措施，保證它們有合適的尺寸及調整至合適的開關時間，并充分防凍。 (6)單向調壓槽。由作者介紹的單向調壓槽是一種有效且經濟的用于出現水柱分離位置的壓打調節(jié)設備。單向調壓槽是一個較小的、用水充入的罐，液面遠低于水壓梯度，以止回閥同于線連接，止回閥因出口管線壓力保持關閉。動力故障時，當出口管線在單向調壓槽處的壓力降至低于罐里相當水面的壓頭時，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。當上段水柱液流開始回口才，單向調壓槽的止回閥在出口管線形成任何明顯的回流之前就關閉了。這樣，在水柱重接時就不存在壓升。單向調壓槽開始的水面通常是用浮球控制或高度閥來自動維持。應該注意，單向調壓槽在泵出口管線起動循環(huán)期間不發(fā)生作用，同時，也必須防凍。 (7)氣壓室。在一個很長的泵出口管線上控制壓力波動的有效設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來保持所希望的空氣和水面。當動力故障在泵的電動機上出現時，由泵產生的壓頭和流量迅速下降，而氣壓室內的壓縮空氣膨脹，并迫使水排出氣壓室底部進入出口管線，這樣，就使管線里的速度變化和水錘效應降至最小程度。當泵的轉速降至泵不能克服現有壓頭輸送水時，這通常是在動力故障后的零點幾秒，泵出口側的止回閥迅速關閉，然后減速停泵。短時間后，出口管線里的水也減少至停止，然后發(fā)生回流并反向流進氣壓室。當回流進入氣壓室時，通常通過一個節(jié)流孔板，氣壓室里的空氣體積縮小，而在出口管線里產生高于輸送壓頭的壓升。這個壓升的大小取決于節(jié)流孔板和氣壓室內開始的空氣體積。 (8)調壓槽。因為調壓槽沒有可能不正常工作的運動部件，所以，它是一個最可靠的、可用于輸送裝置的設備。在泵電動機動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。隨著動力故障，調壓槽內的水提供了一個靠近的勢能源，能有效地減小流量變化率和出口管線的水錘。 普通調壓槽的一個缺點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，罐相當高和相當昂貴。為了得到最經濟的調壓槽的設計，應該對位于罐基的節(jié)流裝置的合適尺寸給予注意。 (9)不反轉的棘輪機構 為了減小因動力故障引起泵出口管線出現水錘現象，有時使用的其他機構是在泵和電動機軸上安裝不反轉的棘輪機構，防止泵反向旋轉。在發(fā)生動力故障時，因為有大量的回流通過靜止的葉輪，因此，這個裝置對控制水錘是有效的。除了在小泵上應用的情況以外，迄今為止，不反轉棘輪機構的使用經驗非常令人失望。在許多中等規(guī)模的使用了這些機構的泵設備上，都由于其他嚴重的機械故障造成突然的軸停止轉動引起對泵和電動機軸系統(tǒng)的沖擊。 2.電動機的自動再起動 在小的無人看管的自吸泵裝置上，經常希望在動力故障后，立刻恢復動力，自動地使泵恢復運行。然而，我們發(fā)現，有時在非常短時的動力中斷后，當回流業(yè)已通過泵件時，異步電動機能再起動，并且可以快速地達到正向轉速。在這種狀態(tài)下，出口管線里的水錘是有害的。如果在這樣的瞬時狀態(tài)下，泵的電動機具有再起動的能力，應該在電動機控制器上安裝延時或類似的裝置，以使泵在有把握運行時才能起動。 3.正常的泵起動 (1)在控制閥門打開的情況下。在一些泵裝置上，泵頂著關閉的出口側閥門提速。然后，閥門緩慢地開啟，在出口管線內有非常小的水錘。然而，會發(fā)現在閥門打開期間，因為通過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。如果電動機非常迅速地提高轉速，當進入管線的流量突然增加時，泵會在出口管線里產生一個壓升。正如先前所述，這個壓升對徑流泵(低比轉數泵)來說要低于軸流泵(高比轉數泵)。 (3)在泵殼缺水的情況下。在配備了大型泵的輸送裝置，經常在泵殼缺水情況下進行泵的正常起動，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閉和出口管線充滿時導入泵殼。當電動機在運行中己同步之后，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。然而，少數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，當吸入口彎管的提升水面首先到達泵葉輪時，在幾秒鐘之內出現非常快的抽吸作用，并在同時可能出現嚴重的來自止推軸承的對泵和電動機的反向壓力。如果這種快速的抽吸作用出現時，出口閥仍然關閉，在出口管線就不會發(fā)生水錘效應。 (4)有調壓槽或氣壓室的情況下。當輸送裝置有調壓槽或氣壓室時，無論泵流量的增加是突然的還是漸次的，都只產生非常小的差別，因為流量突然增加的主要部分會進入調壓槽或氣壓室。由于有這些設施，泵壓升的急劇現狀會轉化成出口管線內的較小的壓升，并接著在調壓槽或氣壓室內發(fā)生的慢慢地擺動。 (5)正常的自吸泵停車。在泵正常停車時，輸送裝置首先關閉泵出口側的控制閥，然后切斷泵電動機的電源，這樣，在泵出口管線產生最小的水錘效應。如果在泵出口側僅使用止回閥，并切斷了與同一出口管線相連的幾個泵電動機中的一個電動機的電源，那么己經停車的泵的液流會迅速地反向流動，止回閥會迅速地關閉。應用止回閥的防沖擊或慢關特性會降低出口管線的水錘效應。