何（hé）謂多功能水泵控製閥?水泵有什麽（me）運行特性需要閥門來控（kòng）製?水泵控製閥能否實現這（zhè）些控製?以及它與傳統的閘閥、蝶閥、止回閥以及勻（yún）速、雙速緩閉的水力控製止回閥在原理、功能（néng）等方麵有什麽質的不（bú）同，筆者在（zài）本文中以活塞式多（duō）功能水泵控（kòng）製閥（fá）(下稱控製閥)為例，通過對其結（jié）構、主（zhǔ）要功能、工作原理的剖析，提（tí）出（chū）對上述問題（tí）的看法，供讀者參（cān）閱。 
一、結構 
控製（zhì）閥的結構 
控製閥結構的主要特（tè）點是取消了閥座中間（jiān）的定位機構和閥瓣上側的彈簧，而且在閥瓣的下側設計了導流板，zui大限度減少了介質過流時（shí）的機（jī）械（xiè）損失和閥瓣下側穹腔內的旋渦損失（shī）。以缸體內的活塞作驅動元件，在介質自身壓力作用下帶動閥瓣作上下運動，實現閥的開啟或關閉。活塞、啟閉件、連同缸體配（pèi）置（zhì）在閥體上，流線形、寬閥腔的閥體（tǐ），不但水頭損失可以比同類產（chǎn）品減少30%以上，而（ér）且具有良好的抗氣蝕性能。 
以電磁閥換向機構（gòu）(下稱電磁閥（fá）)和壓力（lì）管（guǎn）路（lù）組成伺服係統，取控製閥兩（liǎng）端的壓（yā）力水為（wéi）驅動源，通過電信號指令（lìng），任意一（yī）端的壓力水都能實現水泵控製閥在設（shè）定的時刻和速度執行泵的開啟或關閉。 
二、泵的運行特性與控製閥的功能（néng）特點、工作原理 
1.泵的啟動特性及其控製（zhì） 
a)離心泵（bèng）的零流量啟動（dòng）特性及其控製(即關閥啟動) 
離（lí）心泵在零流（liú）量工況時軸功率zui小，為額（é）定軸功率（lǜ）的30%-90%，所（suǒ）以離心泵的啟動特性是零（líng）流量啟動（dòng）(即關閥啟動)。待泵至額定轉速之後控製（zhì）閥按設定的速度緩慢開啟。 
工作原理：泵啟動時(前)壓力水經過設有延時的電磁閥流向缸體內活塞上腔，而活（huó）塞下腔通過缸體下端經電磁閥（fá）通向大氣，此時控製閥處於關閉（bì）狀態。 
電動機補償啟（qǐ）動結束，泵正常運轉,電磁閥即執行換向指令,切斷活塞上腔壓力水（shuǐ）源、關（guān）閉缸（gāng）體下端通向大氣的回路（lù），同時（shí）將（jiāng）壓力水經電磁閥注入缸內活（huó）塞下腔、打（dǎ）開活塞上腔通向大氣的（de）回路，活塞上腔的水經電磁閥排出閥外，控製閥按設定的速度緩慢開啟，完成並滿（mǎn）足了離心泵在零流量時軸功率zui小的啟動特性（xìng），保證泵機組（zǔ）的安（ān）全運轉。 
b)軸流（liú）泵（bèng）的大流量啟動特性及其控製(即全（quán）開閥（fá）啟動) 
軸流泵（bèng）在（zài）零（líng）流量工況（kuàng）時軸功率zui大，為額定軸（zhóu）功（gōng）率的140%～200%，所以軸流泵的啟動特性應是大流量啟動(即全開閥啟動)。 
工作原理：控（kòng）製閥滿足軸流泵全開閥啟動的工（gōng）作原（yuán）理是離心（xīn）泵關閥啟（qǐ）動的逆運行，即（jí）電磁閥先工作，將閥全開後（hòu），泵再啟動。參閱a)條，不贅述（shù）。 
軸流（liú）泵啟動前，這時閥的進口（kǒu）壓力為零，控製閥利用閥出水端的介質壓（yā）力將閥開啟（qǐ），而離心泵啟動時是利用閥（fá）進水端的介質壓力將閥開啟。無論閥的哪一端介質都能實現控製閥的開或啟，這是水泵（bèng）控製閥功能的重（chóng）要特征之一。 
c)控製混流泵的啟動特征 
混流泵在零（líng）流量工況時（shí）軸功率介於上述兩種泵之間（jiān），為額定功率的100%～130%，所以混流泵的啟動特性也應是上述兩種泵之間，一（yī）般可選擇泵（bèng）啟動與控製閥的緩（huǎn）慢開啟同步進行。 
工作原理：工作原理與控（kòng）製離心泵零流量啟動特性相同，隻要取消電（diàn）磁閥的延時（shí）設置即可（kě）。 
2.停泵及（jí）其控製 
a)控製離心泵的零流量停泵(即先關（guān）閥後停泵) 
對於離心泵，先緩慢關閉控製閥，然後再停泵的重要性在於：這時管內介質流速（sù）由額定流速逐漸（jiàn）降至為零，速（sù）度變化梯度極小，可有效（xiào）的避免停泵水錘的發生和泵的逆轉;泵的軸功率（lǜ）由額（é）定功率逐漸降至zui小的運行功率，有利於機組安（ān）全。 
工作原理：需要停泵時，隻要先切斷電磁閥的控製電（diàn）源，電磁閥即執行換向指（zhǐ）令，關閉活塞下腔的壓力水源和（hé）活塞上腔通大氣的回路，同時開啟活塞上腔的壓力水源和活塞下腔通大氣的回路，即以進口壓（yā）力水作驅動源，緩慢（màn）關閉（bì）控製閥，等控製閥全關（guān）閉後，通過（guò）限（xiàn）位開關指令泵即停止運轉，全過程為（wéi）自動控製。 
控製（zhì）閥（fá）緩閉時間可以（yǐ）通過（guò）節流（liú）閥（fá）的調節在（zài）5～60s範（fàn）圍內或根據用戶需要進行選擇。 
b)控製軸流泵、混流泵的停泵 
軸流泵、混流泵的停泵功能和（hé）工作原理與上述內（nèi）容相仿，不贅。 
3.改變裝置特性（xìng）(即流量無級調節功能) 
改變裝置特性屬於對泵運行工（gōng）況調節的範疇（chóu），zui常用的是節流法，也稱（chēng）閥門調節法，利用開大或關小閥門的開度;改變泵裝置中的阻力係數ξ，從而使管路的供水特性H=F(Q)發（fā）生變化，以達到調節流量的目的。 
控製閥從全閉至全開之間，閥的開度可以（yǐ）無級調節（jiē），由開（kāi）度顯示器顯示開度，並予以記憶和穩定。 
工作原理： 
a)流量由小調大 
活塞下腔的（de）壓力水注入管路和活塞上腔（qiāng）與大氣相通的回路開啟，同時活塞上腔的（de）壓力水（shuǐ）注入管路和活塞下腔與大氣相通的回路關閉，這時閥瓣緩慢開啟，達到設（shè）定流（liú）量（liàng）時，控製電路即按指令將活塞上、下腔與大氣相通的（de）回路關閉，同（tóng）時將活塞上、下腔（qiāng）壓力水注入管路開啟，這時活塞上、下兩側總（zǒng）壓力（lì）相等，活塞處於靜止，整（zhěng）個缸體內成為密閉狀態，穩（wěn）定了閥的開（kāi）度，並由開度顯（xiǎn）示（shì）器顯示開度。 
b)流量由大調小 
是a)條的（de）逆運作，不（bú）贅（zhuì）。 
上（shàng）述控製電路的指令可由限位開關執行，也可設小型（xíng）的電控箱執行（háng），兩（liǎng）者都能實現自動控製。 
4.意外突然（rán）停泵水錘力的控製 
意外（wài）突然停泵（bèng）一（yī）般指（zhǐ）供電網絡故障或（huò）強雷電保（bǎo）護性跳閘等停泵現象，此類停泵的概率不到停泵總次數的1%，但因（yīn）此而產生的水（shuǐ）錘對管網及供水機組（zǔ）具有破壞性，應予以重視。 
a)停（tíng）泵水錘的（de）物理現象 
本文不（bú）是討論管（guǎn）道中的水錘，隻是為了便（biàn）於對控製閥減（jiǎn）小水擊力的功能和工作原理的敘述（shù），引用茹可夫斯基水錘公式對停泵水錘的物理現象作（zuò）簡單的述說。式中H——產生水錘時的水擊力(m水柱（zhù）); 
C——水錘波（bō）傳播（bō）速度，若暫時不（bú）考慮介質、管壁材料的彈性係數和管壁厚度，近似取C=1000m/s; 
g——重力加（jiā）速度，9.81m/s; 
Vo——水錘發生前介質流速(m/s); 
Vt——水錘發生（shēng）時介質流速(m/s)。 
從式4-1可（kě）以（yǐ）看出（chū）發生水錘的必要（yào）條件是流體的速度變化，水（shuǐ）擊力的大小取決（jué）於變化梯度的大小。停泵時流速由（yóu）V0降為零，首層液麵由於流體的（de）慣性，水層被壓縮，壓力上升（shēng）(即水錘壓力)，接著（zhe）因慣性力的作用依次一層（céng）、一層……滯止、壓力升高、被壓縮，出現（xiàn）微觀的高壓區和低壓區，它們的（de）分界麵稱為（wéi）水錘波(此時（shí）為（wéi）增壓波)，增壓波直至（zhì）輸水管的管端末層消失。接著又逆向一層、一層……傳播至水錘開始時的首層液麵(此時為複壓波)，這個往返（fǎn）過程所需時間t可用下式表示：式中L——輸水管（guǎn）長度(m)。 
若閥門關閉時間為T關，則T關L/500s條件下的水錘為間接水錘，ΔH小於直接（jiē）水錘（chuí）。這（zhè）是因為間接水錘時，閥門前正在發展（zhǎn）的增壓過程，會受到複（fù）壓波的幹擾而被削弱。ΔH的大小與幹擾程度和幹擾（rǎo）次數有關（guān）。 
從以上簡述中可知，控製閥（fá）不（bú）能避免意外突然（rán）停泵時水錘的發生，但可以根據輸水管道長度，通過對閥門關閉時間的調節，將直接水錘轉（zhuǎn）化為間接水錘使（shǐ）ΔH降為zui小，保證（zhèng）輸水（shuǐ）管道和泵機組的安全。 
b)閥門關閉時間的調節 
目前水泵控製閥常（cháng）用的關閉時間（jiān）調節方法有兩種，要指出的是本文所（suǒ）指的調節方（fāng）法是水（shuǐ）泵控製閥的功能之（zhī）一，雖具有這種功能的各種類型的（de）止回閥或其它閥門不一定是水泵控製閥，別以此而誤導，詳見本文第（dì）三章“結論”部分。 
c)兩階段關（guān）閥(即先快速關閥後慢速關（guān）閥) 
這種關閥形（xíng）式可以防（fáng）止停（tíng）泵水錘的發生，至於快速關閥的時間，也應與管（guǎn）道的（de）長（zhǎng）度相匹配，兼（jiān）顧水泵反轉速度和倒流水量大（dà）小（xiǎo），滿（mǎn）足消（xiāo）除停泵水錘的要求。 
d)勻（yún）速關閥 
這種關閥的特點是能根（gēn）據（jù）各種不同長度的輸水管道和選擇複壓（yā）波的往返次數，調節不同（tóng）的關閥（fá）時間，恒滿足T關>L/500s的條件。大幅度削弱突然停泵水錘的（de）水擊力，適應性較兩（liǎng）階段關閥為廣，足以滿足GB/T50265-97《泵站設計（jì）規範》中關於反（fǎn）轉速不應超過額定轉（zhuǎn）速的1.2倍，持續時間不應超過2min的要求。 
水泵控製（zhì）閥的上述兩種方法（fǎ）都由電磁閥自動控製。 
5.選擇壓力源的機動性（xìng）大 
電磁閥的伺服（fú）機構設（shè）計為（wéi）雙（shuāng）向同時取壓，經單向閥分配，由一條（tiáo）壓力較（jiào）高輸液管中的水為壓（yā）力源注入電磁閥。無論是進水端的壓力（lì）水（shuǐ）還是出水端的壓力水，都能單獨執行控製閥的開啟或關閉。 
正因為有該功能（néng）的存在，使水泵控製閥能滿足各種水泵的啟動、停泵等運（yùn）行特（tè）性要求的可能。其重要還在於：當輸送介質為渾濁水，不能作驅動源需要外供壓力源時，隻要一條伺服（fú）管路即可實（shí）現控製閥的所有功能。 
6.節能 
將過流介質的能耗控製在zui小，是水泵控製閥的一項重要課題。我們（men）抽樣了某些通徑的控製閥作了實驗，得出（chū）下（xià）列實（shí）驗公式供讀者參考： 
阻力係數ξ以下列公式確定： 
當DN≤250時ξ=14.68×V1.1339(7-1) 
當DN>250時ξ=10.97×V1.1339(7-2) 
式中ξ——阻力係數; 
V——介質流速(m/s)。 
局部水頭損失hf以下（xià）列公式確定： 
hf=ξ×V2/2g(7-3) 
或（huò）：hf=0.749×V0.8661(7-4) 
hf=0.56×V0.8661(7-5) 
式中hf——局部水頭損失(m水柱); 
V——介質流速(m/s); 
g——重力（lì）加速（sù）度（dù）g=9.81(m/s2)。 
經檢測，該種水泵控製閥的水頭損失比同類型的水力控製閥能（néng）耗減少30%以上（shàng）。 
三、結論 
具有控製水泵運行特（tè）性功能的閥門才稱為水（shuǐ）泵控製閥，這是顯而易見的。 
本文第二章第1節《泵（bèng）的啟動特性及其控製》中的a)、b)、c)條;第2節《停（tíng）泵及其控（kòng）製》中的a)，b)條;第3節《改變裝置特性》中的a)，b)條;第4節《意外突然停泵水錘力的控（kòng）製》中（zhōng）的b)條（tiáo）;這裏所敘述的八種功能屬於泵運轉特性所要求的技術條件，也是泵本身（shēn）運轉（zhuǎn）特性（xìng）要求閥門來控（kòng）製的內容，也是水泵控製閥的必要（yào）功（gōng）能。這些必要功能是水泵控製閥（fá）區別（bié）於各種類型止回閥或其它閥門質（zhì）的界定（dìng）。 
為什（shí）麽不具備上述必要功能（néng）不能稱為水泵控（kòng）製閥呢?這可以通過下麵（miàn）舉例予以說明： 
若不具備第2節（jiē）a)條中先關閥後停泵（bèng）的功能（néng），對（duì）離心泵來說，所有（yǒu）停泵都變為意外突然停泵，占停泵總數99%以上的正常停泵，並可以（yǐ）避免水（shuǐ）錘和泵（bèng）逆轉發生的安（ān）全性化為烏有（yǒu），多麽危險。 
若不具備（bèi）第2節和第3節的功能，則隻有泵的啟動才能實現閥的開啟、泵的關閉才能實現閥的關閉，很明顯這是泵在控製閥門工作，失去了控製閥的“控製”實質，更難理解為水泵控製（zhì）閥了。 
若不具備第3節無級調節流量的功能，一旦泵的運行工況（kuàng）中因阻力（lì）偏小，流量過大時，不但使（shǐ）泵（bèng）偏離zui率區耗能，而且因軸功率劇增超載而（ér）損（sǔn）壞機組。所以（yǐ）水泵控製閥應具有上述八種必要功能是必然的。