水厂水泵止回阀的选型与应用

2013-09-15钟炎辉邹海明汪义强黄晓东

净水技术 2013年1期

钟炎辉，邹海明，周强，汪义强，黄晓东

（深圳市深水宝安水务集团有限公司，广东深圳 518101）

止回阀是一类依靠流体介质自身或外部动力自动开启、关闭内部组件，以防止流体倒流的阀门[1,2]。在泵房使用时必须具备快关、慢闭功能以防止水锤对管道及水泵机组的破坏[1]。止回阀的选型关系到水泵机组运行的安全、节能，对泵房建成后的维护管理也有重要影响[3]。为此，论文以相关水厂在用的止回阀（包括液控双速蝶阀、静音式止回阀、旋启式缓闭止回阀、多功能水泵控制阀等）为测试对象，对比分析其在不同出口流速范围内的水头损失，同时对比分析包括以上实测止回阀在内的多种止回阀的结构性能，旨在对水泵止回阀的选型提出几点合理性意见。

1 止回阀水头损失实测比较

1.1 水头损失测试原理

根据水泵机组出口止回阀前、后测试点的压力差及流速变化，计算出管道内水流能量变化，从而得到水流经过止回阀后的水头损失。不同止回阀水头损失比较必须在相同的流速下进行，通过调节水泵出口蝶阀开度，得到不同流量（流速）下止回阀的一系列水头损失值。

图1 止回阀水头损失测试示意图Fig.1 Head Loss Test of Check Valves

其中：H—流经止回阀的水头损失，m；

P1、P2—阀前、后测试点压力值，m；

V1、V2—阀前、后管内水流流速，m／s；

Z1、Z2—阀前、后测试点压力表标高，m。

1.2 测试对象及工具

选择了五座水厂共5种不同类止回阀进行了水头损失测定，分别为：液控双速蝶阀（NHDA734-100，规格 DN800，Cl水厂）—编号 A，静音式止回阀（KRVG-0500，规格DN500，XA水厂）—编号B，旋启式缓闭止回阀（德国，VAG SKR，规格DN1000，ZA水厂）—编号C，多功能水泵控制阀（JD745X-10，规格DN800，LX水厂）—编号D，多功能水泵控制阀（JD745X-10，规格DN600，SY水厂）—编号E。

测试工具：压力表2只（瑞士科勒LEO，量程：-1～10 bar，精度 0.1），电磁流量计，扳手、卷尺等。

1.3 测试结果

上述各止回阀水头损失测定结果见表1、图2。

表1 几种止回阀水头损失实测结果Tab.1 Head Loss Test Results of Several Check Valves

图2 现场几种止回阀水头损失实测结果比较图Fig.2 Comparison of Test Results of Velocity and Head Loss of Check Valves

1.4 测试结果分析

由表1及图2可以看出：

（1）液控双速蝶阀（A）对应水泵实测出口流速整体范围大于静音式止回阀（B），但压力水流经阀A的水头损失明显小于阀B，从水头损失角度判断，说明阀A优于阀B；

（2）阀B与多功能水泵控制阀（D）分别对应的水泵实测出口最大流速基本一致，均为2 m／s左右，但压力水流经阀B的水头损失明显小于阀D，从水头损失角度判断，说明B优于D；

（3）旋启式缓闭止回阀（C）对应水泵实测出口流速整体范围大于阀B，压力水流经阀C的水头损失也大于阀B，从水头损失角度判断，说明C与阀B相当；

（4）阀D与阀E为同品牌、同型号、不同口径的止回阀，由于口径不同导致压力水流经阀的水头损失不同，不作比较。

由此可见，通过实测，几类止回阀水头损失按从小到大的排序为：液控双速蝶阀（A）＜静音式止回阀（B）≈旋启式缓闭止回阀（C）＜多功能水泵控制阀（D）。

2 不同类型止回阀结构分析比较

表2列举了本次试验所测几种止回阀以及其它5种常见止回阀的内部结构部件及工作原理，并结合各类止回阀结构、工作原理及日常工作积累的实际运行经验，对表中各类止回阀的工作性能、使用性能给予非原则性定性评价。

表2 常见类型止回阀内部结构、工作原理及复杂度比较Tab.2 Internal Structure、Complexity and Working Principle of Several Common Check Valves

水流经过止回阀的水头损失主要是由其内部结构部件扰流阻力产生。结合本次现场所用几种止回阀水头损失实测结果看，止回阀内流体介质运动方向与阀前后管道内流体方向尽量一致，扰流越小的止回阀能耗越低，这在表2中得到应证。另外，双速自闭闸阀、液控双速球阀由于本身的结构特点，在阀门全开后阀体内部通道为全通式，没有任何过流部件，因此具有最小，几乎为零的水头损失。压力管道中如果流速发生剧烈变化将导致管道内压力急剧交替升降，从而引起水锤现象[4]。所以一般在水泵出口处安装止回阀来防护水锤作用。而止回阀的过快关闭，也易引起水锤现象[1,5]。止回阀内部结构形式的多样性主要基于不同设计理念实现防水锤效果的，因此在考虑止回阀水头损失的同时还要关注其防水锤性能，有时须牺牲一定的能耗来实现缓闭功能，从而达到降低水锤破坏的作用。

止回阀实际应用中操作维护的复杂性及难易程度也是止回阀型式选择的重要考量因素之一。拥有外部液压站的止回阀（如液控双速蝶阀、液控双速球阀）控制与维护最为复杂，而利用内部自身流体水力控制止回阀（如静音式止回阀、旋启式缓闭止回阀等）缓闭动作在日常使用时维护工作最为简单，该类止回阀利用管道压力水驱动则存在止回阀关闭速度不易控制的问题。

此外，所输送的水流是否洁净、易堵塞、内部材料抗腐性能等也直接影响止回阀使用效果。现场安装空间与使用条件也会影响止回阀型式的选择与使用，比如现场安装空间方面，止回阀安装要保证止回阀前后管道不能出现大的扰流，不同止回阀有不同的前后段直管安装尺寸要求，而国内很多泵房设计在此方面考虑较少，以至于止回阀距泵出口太近，水压波动造成止回阀故障率大幅度升高。建议今后具备条件的可将止回阀安装在泵房外直管段；再比如，现场使用条件方面，不同止回阀有其自身运行适应条件，例如对夹蝶式（双瓣）缓闭止回阀一般使用于压力较低且波动较小的气路管道上，而旋启式缓闭止回阀则不能使用在变频泵频繁调速的场合等等。

依上分析，并结合各类止回阀结构、工作原理及日常工作积累的实际运行经验，对表2中各类止回阀的工作性能、使用性能给予非原则性定性评价，结果见表3。