蓄能罐式液控止回蝶阀在宁夏大型灌排泵站的应用

摘 要 蓄能罐式液控缓闭止回蝶阀是我国新一代液控蝶阀，是提灌泵站中管线系统截断或接通介质的理想断流设备，适用于装在水泵出口处，作为水泵机组的工作阀门和事故安全阀。

关键词 泵站改造 蓄能罐式液控缓闭止回蝶阀 应用

中图分类号：TK02 文献标识码：A

1液控蝶阀用途

蓄能罐式液控缓闭止回蝶阀具有开闭时间短，操作力矩小，安装空间小和重量轻等特点，广泛应用于扬水泵站等系统，用来切断和调节水流，它兼有闸阀和止回阀的功能，是一种能按预先调定好的程序，采用分阶段开、关阀，关闭时也分两阶段关闭（先快关一定角度，再慢速关闭剩余角度）的动作来消除水锤对管网和机组破坏的理想控制设备，确保水泵机组、管网及泵站的安全运行，能取代水泵出口处闸阀和止回阀的功能。

2液控蝶阀实际工况

固海扬水工程总扬程382.47m，现为8级提灌泵站，每级的净扬程为50m左右，加损失水头，每级泵站扬程为75m左右，考虑到提水流量大，输水管道长，为安全运行可靠，实际工作压力选型为1.0Mpa或1.6Mpa。

一般情况下，蓄能罐内的油压为额定值（上限值），当液压系统在长时间的工作状态下，由于有极微量泄漏使油压降至额定值（下限值，但仍高于工作压力值）时，控制系统可自动启动油泵电机工作，进行补压力油。蓄能罐的保压时间大于72h，性能稳定可靠。

3蝶阀及水泵联锁保护

该阀自带电气控制箱，既可单独开启和关闭，也可与水泵联动开启和关闭，能实现就地控制、远方控制、泵阀联动控制及通过计算机集中控制等功能，可满足泵站“无人值班、少人值守”的要求。当阀门误动作关闭或接收到开阀信号数10s（可调）后，阀门仍未开启时，联锁装置即发出跳闸信号，使水泵停止运转。

4蝶阀的主要结构及系统

蝶阀的主要零部件由机械驱动装置、油缸、蓄能罐、液压站、电气控制柜、阀门本体部分和等部件组成

4.1液压控制系统

蝶阀的液压控制系统主要包括油泵、油泵电机、溢流阀、调速阀、手动阀、电磁阀等各种控制阀组成，或称液压站、液压控制箱。

液压控制系统设计制造必须在满足JB/T5299-1998《通用阀门液控蝶阀止回蝶阀》标准和使用环境、开关阀角度及时间的前提下，还具备以下技术特性：

（1）供油装置：设有电动油泵和手动油泵两套供油装置；

（2）油缸为可调节快、慢角度和时间的单作用往复式油缸；

（3）液控蝶阀采用PLC控制，阀门及液压系统的控制和各种状态信号均经PLC控制和监控；阀门现地应有监视、测量功能，配有压力过高、过低报警功能，并可将信号上传至泵站监控系统；

（4）液压系统各液压件、集成块、联接件应性能可靠、密封良好，无渗漏油现象；

（5）主阀门全关后，电磁单向阀延时复归回路，以确保蝶阀可靠关闭。

液压站与阀体采用分体安装，液压站与阀体之间采用高压胶管软连接，高压胶管的长度按需配置。液压站可根据泵房布置的需要而设计，在水泵送水方向，可布置在阀体的左侧或右侧。液压缸方向根据设备布置和使用单位的要求，可向上或向下。液压站油箱采用不锈钢304钢板，壁厚不小于6mm。

4.2电气控制系统

电气控制可分为继电器和可编程PLC两种方式。本工程全部为离心泵工况。既可就近操作，也可远程控制，蓄能罐取代了重锤式液控蝶阀中的重锤，将重锤势能变为流体蓄能，不仅能节省长期运行支承重锤所耗的能量，而且改善了液压系统的保压性能，保证了阀门运行时维护人员的人身安全。具有全开、全关机械限位，并具备直观的开度指示盘，相应电控箱内配置数字开度仪表显示；限位行程开关采用优质光电接近开关。其控制机构具有构思新颖、设计合理、体积小、重量轻、结构简单、功能齐全、动作灵活可靠、外形美观、节能节材、维修方便（维修时不需停止水泵工作）等优点，便于实现泵阀联动控制和计算机集中控制。停电时，摇动手动油泵即可关阀，阀门启闭十分方便。

4.2.1 PLC控制

随着科学技术的迅速发展，高新科技设备已逐步进入各行各业重要工程。液控蝶阀采用PLC控制后，能够与用户的计算机相配合，减轻了上位机的负担。从用户方面来看，使用PLC控制后，设备的可靠性增强，能够提高设备的运行效率，减少了因电器元件的故障而引起的水泵机组停止工作所造成的损失，从而获得直接经济效益。从制造商方面看，产品的可靠程度高，市场信誉增强，从而获得一定的经济效益。

PLC控制系统由主回路和控制回路组成。主回路由短路、过载等保护元件和一台油泵电机组成，用于控制和保护油泵电机。控制回路主要采用可编程控制器、信号灯、按钮、继电器等元器件组成，用于实现阀门的动作要求、显示阀门工作状态、阀门故障时报警等功能。阀门可现场操作、可控制室操作，也可泵阀联动操作。按电气原理图及接线图接好并校对线路，合上开关，接通电源，电源、全关指示灯亮，整机通电。阀门采用插拔式PLC监控，留有RS-485标准通信接口，并留有接线端子；采用MODEBUS通讯协议用于与泵站计算机监控系统连接。阀门及液压系统的控制和各种状态信号均经PLC控制和监测，同时每台阀门PLC应留有2个4～20mA开入接口，用于监测水泵出口压力和流量；阀门现地有监视、测量功能，配有压力过高、过低报警功能，并可将信号上传至泵站监控监测系统。

4.3机械系统

蝶阀的机械系统主要由阀体、传动（驱动）装置、阀板（阀板）、阀轴、轴封部件和阀轴定位部件等部件组成。

4.3.1蓄能罐装置

蓄能罐采用一用一备，独立工作；以备断电时按照预先设定的关闭程序关闭阀门。

4.3.2阀体、阀板装置

阀体材料为球墨铸铁QT450-10，其机械性能按GB12227-2005的规定，阀体密封面为不锈钢圈，材料为1Cr18Ni9Ti，其机械性能按GB1220-2007的标准，以提高蝶阀抗磨蚀性能，也便于损坏时的补焊修复。不锈钢圈与密封圈密封良好，不渗漏，阀体密封圈表面加工精度达到或高于国标七级，表面粗糙度R 0.8，阀体流道表面光滑，不能出现铸造缺陷。密封面表层材料须作硬化处理，或喷涂硬质合金（镍基）材料，阀腔内过水面采用附着力强的防腐防锈环保型涂料，以提高阀体密封座的抗磨性能。

4.3.3阀板轴端密封型式及转动轴承

阀板轴具有良好的支承结构和轴向定位结构，针对适用介质黄河泥沙水的特点：灌溉期多年平均含沙量4.13kg/m3，最大含沙量120kg/m3，平均沙粒径为0.025mm。采用自润滑、易更换的防泥沙结构。轴端密封采用Yx轴用密封圈，材料为聚氨酯，具有较高的弹性、自密封性和耐磨性，能有效地防止管道中泥沙、介质等进入阀轴轴承，减少阀轴轴承的磨损，防止阀轴卡住。轴承为无铅型无给油自润滑轴承，有可靠的防泥沙组合密封结构，密封在内侧，轴承在外侧，能有效防止含泥沙水进入轴承室、加速磨损及引起卡轴，具有承载能力强，耐磨性好，摩擦阻力小等特点。

5液控蝶阀主要性能参数

5.1蝶阀基本参数

结合本工程更新改造泵站实际情况，对蝶阀公称压力、壳体试验压力、密封试验压力、运行环境最高温度、运行环境最低温度和最低存放温度、阀轴安装方式、适用介质黄河泥沙水的特点和特征，规定了具体基本参数，见表1。

5.2蝶阀特殊参数

6液控蝶阀安装和操作控制要求

6.1安装要求

（1）阀门中心离水泵出口距离需大于2000mm，如图2所示。如果不能满足该条件，要采取整流措施，在可能的条件下应尽量增加此距离，以减少水泵出口的紊流流态对阀门的不利影响。

（2）有些水泵出口处还有一段喇叭管，阀门全开时，阀板不应处在喇叭管内。如图2所示。

（3）阀板密封平面应对着水泵出口，阀板背部则应在水泵下游方向。如图3所示。

（4）液压站、电气控制和阀体分离就近安装。

6.2操作控制要求

（1）该阀必须与泵实现联动控制，虽然该阀有就地操作的功能，但该功能仅在阀门调试过程中或管道需同一水泵注水时采用，事后整个启动水泵、停运水泵操作均与阀门联动控制。

（2）必须保证阀门控制电源与水泵的电源具有同等的可靠性。

6.3启闭要求

（1）启闭参数，见主要性能参数中表2特殊参数表，蝶阀供应商也可根据用户提供的参数调定出厂。

（2）液控蝶阀的开启，对于不同型号的水泵必须满足下列要求：

①在离心泵出口，水泵先启动，达到额定转速后，阀门匀速开启，泵阀联控。

②在轴流泵出口，阀门匀速开启，当开启角达到15白笥沂保闷舳梅③在混流泵出口，视具体情况定，若混流泵（或斜流泵）工况接近离心泵工况，则按上述①执行；若混流泵（或斜流泵）工况接近轴流泵工况，则按上述②执行。

（3）液控蝶阀的关闭，无论那种类型的水泵，均需满足停运水泵的同时阀门关闭，泵阀联控。但是，不可用作调节流量。

7结语

通过对多座泵站闸阀的改造，以及各种类型流道及其断流方式的应用，得出液控蝶阀具备了以下优点：

（1）流道轴线短，断面简单，施工容易，土建工程量小。

（2）因设备运行时蝶阀全开，水头损失小，而且流道短，沿程损失更小，总的效率高，且运行费用较低。

（5）蝶阀的使用对出口水位的变化没有任何要求。

（6）蝶阀开关阀门的时间可调，油压操作能按预先设定程序，分两阶段（现快关一定角度，再慢速关闭剩余角度）关闭，这样既能消除水锤对管网的破坏，又能将阀门关闭时的撞击力降至最低。

（7）体积小、重量轻。与相同压力等级和同样口径的闸阀相比，它均可减轻约30～50%。

（8）调节和密封性能好。

通过对不同厂家液控蝶阀的使用，可以看出液控蝶阀性能好坏取决于设计产品结构，工艺处理以及加工精度和材料选用。液控蝶阀自身存在的问题可降低使用寿命，也影响泵站的提水效率和级间流量匹配及安全运用。

由以上分析可知，泵站的断流方式中采用液控蝶阀有较明显的优势，在价格上比闸阀略高一些，但综合起来考虑，液控蝶阀作为泵站断流设备仍有很高的性价比。作为高效节能的产品，从操作控制，快慢关程序，安装位置到水泵系统设计都提出了更科学合理的要求。从已经改造泵站运行情况表明，液控蝶阀，结构简单，性能良好，水头损失小，降低能耗，节约能源，安装维护方便，节省投资。对今后泵站出水断流形式具有指导、推广作用。

项目类型：宁夏大型灌排泵站更新改造工程共有4处，是全国大型灌排泵站更新改造项目，固海扬水泵站更新改造工程是其中的1处，共有15座泵站更新改造。

作者简介：李明文（1968-），男，宁夏中宁人，高级工程师，主要从事大型泵站机电排灌管理工作。

参考文献

[1] 机械工业部.JB/J5299-1998中华人民共和国机械行业标准：液控止回蝶阀[S].北京：中国机械工业出版社，1998.

[2] 刘振德.蓄能罐式液控缓闭止回蝶阀在泵站工程中的应用[J].河北水利，2006（10）：45-45.

[3] 李晓龙，陶武军，徐明阳，等.黄河提灌工程液控蝶阀结构改进[J].流体机械，1998，7（7）：35-37.