关于水泵后阀门值得在这里着重地提出讨论。希望能通过我们的努力在讨论当中得到一些进步,在实践工程当中也能越发地客观有深度。
一.止回阀防水锤的疑问
正如我们专业课本中所学到的,止回阀实际上是造成水锤的根本原因。如果我们设想水泵是可以倒转的,而且不会破坏,那么在突然停泵之后,返回的压力波会通过水泵流至吸水池当中,能量被安全释放,因此并不会产生水锤。其依据就是我们所知道的作为理论基础的约克夫斯基公式: ∆H=∆V*C/g
其中:
∆H 表示压力升高
∆V 表示水流速度的变化率
C 表示水锤波的波速
g 表示重力加速度
上述公式基本上解释了水锤,即压力波产生的原因和影响其大小的因素。水流速度的突然变化,即是产生水锤的根本原因。只要水的流速发生变化,系统压力必然发生变化。正是由于止回阀的阻挡作用使得我们会出现典型的“停泵水锤”,止回阀的关闭使得水流的速度发生显著变化,因此会产生危险的压力波动。尽管长时期以来,尤其是国内的实践应用,通过缓闭或者两阶段关闭等等方式消除水锤得到过认可,但是其适用性还是值得探讨。
首先,从非专业理论的层面上看,通过调整造成水锤的因素来解决水锤,同时又不作根本的变动,本身就是一种冒险的形为。每个事物都有好与坏的两方面,人类并不能将坏的方面全部转化成有利的方面,否则就破坏了宏观的基础理论,成为正确哲学的悖论。接下来,并不是缓闭的或者两阶段关闭的止回阀是“应用四海皆准”的普适定律;因为,水锤是针对全系统而言,并不特指水泵站。因此,止回阀常常不是解决水锤的唯一答案,工程人员必须进行全系统的通盘考虑,综合解决。有些情况下水锤的发生远在止回阀的数公里以外, “止回阀调整法”就显得无所适从;第三,考虑其它的方法,可以使得我们将问题简单化,让我们在黑暗中眼前一亮。所得到的解就更加有把握,系统会更安全。
二.“缓闭”的定义
在谈论止回阀的作用时,我们往往会触及缓闭这个词汇。之所以提出它来是因为似乎这个词已经完全被商业化了。使得真正的理论在技术讨论当中出现了中断。何为缓闭?如何定义缓闭?我们应该知道这个词并不是商家给下的定义,其真正的来源正是出自搞工程的工程师们。在研究水锤当中我们国内有一个名词叫“水锤相”,而在国外称做“临界时间”,这是一个十分重要的,但却不太引起注意的一个名词。水锤相的定义为:
其中:
T 为水锤相或临界时间
L 为管道长度
C 为相应于管线的压力波速
显然水锤相是指产生水锤波传出去并第一次传回来的时间。理论上,当止回阀关闭时间大于T,便称之为缓闭;反之称为速闭。这就意味着缓闭与非缓闭是针对系统而言,并不根据人们的喜好或者定义。因此,在很长的管道系统当中,例如水锤波需要5分钟才可以第一次返回时,即便是关闭时间可达到3分钟的“缓闭止回阀”相对系统来说都是速闭的。反之也相同,对某些系统而言较快关闭的止回阀可能却是缓闭的。
因此,一些好的工程师会估计出水锤的第一次返回时间,如:长10公里的管线,管道材质为钢管,其波速大约为1000米/秒,因此第一次水锤波返回时间则相应地大约为: 秒钟,继而规定缓闭止回阀的关闭时间可以设为23~25秒左右:如此关闭的止回阀可以阻止大部分返回流量对水泵的冲击,同时将流速的改变降低,从而减少压力的升高。但无论哪种假设与设计,都应该与具体的工况分离来看,在没有经过计算的系统当中,我们并不知道那多余的3~5秒或者30%的流量会不会有效降低压力的升高,或者会不会造成对水泵的有害冲击。因此同样存在着不确定性,不加以选择的断
然应用与根本不采用是同样不负责任的表现。
三.“国际解释”
最后关于止回阀的特性与所谓“好与坏”的问题。在这个问题上,遗憾的是,我们手头并不具备太多的相关专业资料,更不要谈及国内会出现全威性的理论文章进行规范。仅能参考的是英国人A.R.D.THORLEY所著的《FLUID RANSIENTS IN PIPELINE SYSTEMS》(管道系统中的瞬变流特性),在该专业书中作者提到关于止回阀的另一个特性:减速度,即阀门关闭的加速度。
如图所示:
Maximum Reverse Velocity= Vr/V0
Deceleration= (dv/dt)(D/V0^2)
其中:
dv / dt —— 流体的速度随时间变化量;
D —— 阀门的公称直径
Vr —— 液体的最大返回流速
V0 —— 启始恒定流液体速度
作者认为阀门生产商应提供阀门减速度与阀门关闭速度的关系图表,
这样工程技术人员就可以象选择水泵一样有根可据。实践证明,以关闭速度为纵坐标以减速度为横坐标,曲线越平缓则对系统的影响就越小。简单地讲就是:理想的止回阀应该具备三个特性:
l 运动部件具有较轻的质量;
l 从开至关的运动过程越短越好;
l 关闭的动作由弹簧等助力。
这是实践与实验的证明并且得到国际广泛的认可,这实际在我们的头脑中已经勾勒出理想止回阀的轮廓:
该种阀门的关闭是:当水泵突然停下来之后,泵后管线的流量下降,将其降至零的附近时,该止回阀关闭。由于此时,其关闭并不带来“额外”的系统流量变化,因此并不会带来额外的压力升高,即水锤。其它方式的关闭,只要不在水流速为零时关闭,则均会产生额外的流速变化,进而造成压力波动。