何謂多（duō）功能水泵控製閥?水泵（bèng）有什麽運行特性需要閥門來控製?水泵控製閥能否實現這些（xiē）控製?以及它與傳統的閘（zhá）閥、蝶閥、止回閥以及（jí）勻速、雙速緩閉的水力控製止回閥在原理、功能等方（fāng）麵有什麽質的不同，筆者在本文中以活塞式多功能水泵控製閥(下稱控製閥)為例，通（tōng）過對（duì）其結構、主要功能、工作原理的剖析，提出對上（shàng）述問題的看法，供讀者參閱。 
一、結構 
控製閥的結構 
控製（zhì）閥結構的主要特點（diǎn）是取消了閥座中間的定位機構和閥（fá）瓣上側（cè）的彈（dàn）簧（huáng），而（ér）且在閥瓣的下側設計了導流板（bǎn），zui大（dà）限度減少了介質過流時的機械損失和閥瓣（bàn）下側穹（qióng）腔內的旋渦損失。以缸（gāng）體（tǐ）內的活塞作驅動元（yuán）件，在介質（zhì）自身壓力（lì）作用下帶動閥瓣作上下運（yùn）動，實現閥的開啟或關（guān）閉。活（huó）塞、啟閉（bì）件、連同（tóng）缸體配置在閥體（tǐ）上，流線形、寬（kuān）閥腔的閥體，不但水頭損失可以比同類產品減少30%以（yǐ）上，而且具有良好的抗氣（qì）蝕性能。 
以電磁（cí）閥（fá）換向機構(下稱電磁閥)和壓力管路組成伺服（fú）係統（tǒng），取控（kòng）製閥兩端的壓力水為驅動源，通過電信號指（zhǐ）令，任意一端的壓力（lì）水都（dōu）能實現水泵（bèng）控製閥在設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（zhì）閥（fá）的功能特點（diǎn）、工作原理 
1.泵的啟動特性及其控製 
a)離心泵的零流量啟動特（tè）性及其控製(即關閥（fá）啟動) 
離心泵在零流量（liàng）工況時軸功率zui小，為額定軸功率的30%-90%，所以離心泵的啟動特性（xìng）是零流（liú）量啟動(即關閥啟動)。待泵至額定轉速（sù）之後控製（zhì）閥按設定的速（sù）度緩慢開啟。 
工作原理：泵啟動（dòng）時(前)壓力水經過設有延時的（de）電磁閥流向缸體（tǐ）內活塞上腔，而（ér）活塞下腔通過缸體下端經（jīng）電磁閥通（tōng）向大氣，此時（shí）控製閥處於關閉狀態。 
電動機補償啟動結束，泵正常運轉,電磁（cí）閥即執行換向指令（lìng）,切斷活塞上腔壓力水源、關閉（bì）缸體下端通向大氣的回路，同時將壓力水經電（diàn）磁閥（fá）注（zhù）入缸內活塞下腔、打開活（huó）塞上腔通（tōng）向大氣的（de）回路，活塞上腔的水經電磁閥排出閥外，控製（zhì）閥按設定的速度緩（huǎn）慢開啟，完成並（bìng）滿足了離心泵在零流量時軸功率zui小的啟動特性，保證（zhèng）泵機組的安全運轉（zhuǎn）。 
b)軸流泵的大流量啟動特性及其控製(即全開閥啟動（dòng）) 
軸流泵（bèng）在零（líng）流量工況時軸功率zui大（dà），為額（é）定軸功率的140%～200%，所以軸流泵的啟動特性（xìng）應是大流（liú）量啟動（dòng）(即全開閥啟動（dòng）)。 
工作原理：控製閥滿足軸流泵全開閥啟動的（de）工作原理是離心泵關閥啟動的逆運行，即電磁閥先工作，將閥全開後（hòu），泵再（zài）啟動。參（cān）閱a)條，不贅述。 
軸流泵啟動前，這時閥的進口壓力為零，控製（zhì）閥利用閥出水端的介質壓力將閥開啟（qǐ），而離心泵啟動時是利用閥進水端的介質壓（yā）力將閥開啟。無論（lùn）閥的哪（nǎ）一端介質都能實現控製閥的開（kāi）或啟，這是水泵控製閥功能的重要（yào）特征之一。 
c)控製混流泵的啟動特征 
混（hún）流泵在（zài）零流量工況時軸功率介於上述兩（liǎng）種泵之間，為額定功率的100%～130%，所（suǒ）以（yǐ）混流泵的啟動特性也應是上述兩種泵之間，一般（bān）可（kě）選擇泵啟（qǐ）動與控製閥的緩慢開啟同步進行。 
工作原理：工作原理與控製離心泵零流量啟（qǐ）動特性相同，隻要（yào）取消（xiāo）電磁閥的延時設置即可（kě）。 
2.停泵及其控製 
a)控製離（lí）心泵的零流量停泵(即先關閥後停泵) 
對（duì）於離心泵，先緩慢關閉控製閥，然（rán）後再（zài）停泵（bèng）的重要性在於：這時管內介質流速由額定流速逐漸降至為零，速度變化梯（tī）度極小，可有效的（de）避免停泵水錘的發生和（hé）泵的（de）逆轉;泵的（de）軸功率由（yóu）額定功率逐漸降至（zhì）zui小的運行功率（lǜ），有利（lì）於機組安全。 
工作原理：需（xū）要停泵時，隻要先切斷電磁閥的控製電源，電（diàn）磁閥即（jí）執行換向指令，關閉活塞下腔的壓（yā）力水（shuǐ）源和活塞上腔通（tōng）大氣（qì）的回路（lù），同時（shí）開啟活塞上腔的壓力水源和活塞（sāi）下腔（qiāng）通大（dà）氣的回路，即以進口壓力水作驅動源，緩慢關閉控製閥，等控製閥全關閉後（hòu），通過限位（wèi）開關指令泵（bèng）即停止運轉（zhuǎn），全過程為自動控製。 
控製閥緩閉時間可以通過節流閥的調節在5～60s範圍內或根（gēn）據用戶需要進行選擇。 
b)控製軸流泵、混流泵的停泵 
軸流泵（bèng）、混流（liú）泵的停泵功能和工作（zuò）原理與上述內容相仿，不贅。 
3.改變裝置特（tè）性(即流量無級（jí）調節功（gōng）能) 
改變裝置特性屬於對泵運行工況調節的（de）範疇，zui常用的是節流法，也稱閥門調節法，利用開大或關小閥門的開度;改變泵裝置中的阻力係（xì）數（shù）ξ，從而使（shǐ）管路的供水特性H=F(Q)發生變（biàn）化，以達（dá）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，由開度顯示器顯示開度，並予以記憶和穩定。 
工作原理（lǐ）： 
a)流量由小調大 
活塞（sāi）下腔的壓力水（shuǐ）注入管（guǎn）路和活塞（sāi）上腔與大氣（qì）相（xiàng）通（tōng）的回（huí）路開啟，同時活塞（sāi）上（shàng）腔的壓力水注入管路和活塞下腔與大氣相通的回路關閉（bì），這時閥瓣緩慢開啟，達到（dào）設定流量時，控（kòng）製電路即按指令將活塞上、下腔與大氣相通的回路關閉，同時將活（huó）塞上、下腔壓力水（shuǐ）注入管路開啟，這時活塞（sāi）上、下兩側總壓力相等，活塞處於靜止，整個缸（gāng）體內成為密閉狀態，穩定了閥的開（kāi）度，並由開度顯示（shì）器顯示開度。 
b)流量由大調小 
是a)條的逆運作，不贅。 
上述控製電路的指令可由限位開關執行，也可（kě）設小（xiǎo）型的電（diàn）控箱執行，兩者都（dōu）能實現自（zì）動控製。 
4.意外突然停（tíng）泵水錘力的控製 
意外突（tū）然停泵一般指供電網絡故障或（huò）強雷電保護（hù）性跳閘等停泵現象，此類停泵的概（gài）率不到停泵總次數的1%，但（dàn）因此而產生的水（shuǐ）錘對管網及供水機組具有破壞性，應予以重視。 
a)停泵水錘（chuí）的物理現象 
本文不是討論管道中的水錘，隻是為了便於對控製閥減小水擊力的功能和工作原理的敘述，引用茹可夫斯基水錘（chuí）公式對停泵水（shuǐ）錘的物理現象作簡單的述說。式中H——產生水（shuǐ）錘時的水（shuǐ）擊力(m水柱); 
C——水錘波傳播速度，若暫時不考慮介質、管壁材料的彈性係數和管壁厚度，近似（sì）取（qǔ）C=1000m/s; 
g——重力加速度，9.81m/s; 
Vo——水錘發生前介（jiè）質流速(m/s); 
Vt——水錘發生時介質流速(m/s)。 
從式4-1可以看出發生水錘的必要條件（jiàn）是流體的速（sù）度變化，水擊力的大小取決於變（biàn）化梯（tī）度的大小。停泵時流速由V0降為零，首層（céng）液麵由於流體的慣性，水層被壓縮，壓力上升(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（suō），出現微觀（guān）的高壓區和低壓區（qū），它們的分界麵稱為水錘（chuí）波(此時為增壓波)，增（zēng）壓（yā）波直至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)，這個往返過程所需時間t可用下式表示：式（shì）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（jiàn）下的水錘為間接水（shuǐ）錘，ΔH小於（yú）直接水錘。這是因為間接水錘時，閥門前正在發展的增壓過程（chéng），會受到複壓波的幹擾而被削弱。ΔH的大小與幹擾程度和幹擾次（cì）數有關。 
從以上簡述中可（kě）知（zhī），控製閥不能避免意外突然停泵時水錘的發生，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（chuí）轉化為間接水錘使ΔH降為zui小（xiǎo），保（bǎo）證輸水（shuǐ）管道和泵機組的安全。 
b)閥門關閉時間的調節 
目前水泵控製閥常用的（de）關閉時間調節方法有兩種，要指出的是本文所指的調節方法是水泵控製閥的功能之一（yī），雖具有這（zhè）種功（gōng）能的各種類型的止回閥或（huò）其它閥（fá）門不一定是水泵控（kòng）製閥，別以此而誤導，詳見本文第三章（zhāng）“結論”部分（fèn）。 
c)兩階段關閥(即先快速關閥後慢（màn）速關閥（fá）) 
這種關閥形式（shì）可以防（fáng）止停（tíng）泵水錘的發生，至於快速關閥的時間，也應與管道的長度相匹配，兼顧水泵反轉速度和倒流水（shuǐ）量大小，滿足消除停泵水錘的（de）要求（qiú）。 
d)勻速關閥 
這種關（guān）閥的特（tè）點是能根據各種不同長度的輸（shū）水管道和選擇複壓波的往返次數，調節不同的關（guān）閥時間，恒滿足T關>L/500s的（de）條件。大幅度削弱突然停泵水錘的水擊（jī）力，適應性較兩階段關閥為廣，足以滿足GB/T50265-97《泵站設計規範》中關於反轉速不應（yīng）超過額定轉速的（de）1.2倍，持續時間不應超過2min的要求（qiú）。 
水（shuǐ）泵控製閥的上述兩種方法都由電磁閥自動控製。 
5.選擇壓力源的機動性大 
電磁閥的伺服機構設計為雙向同時取壓，經單向閥分配，由一條壓力較高輸液管（guǎn）中的水為壓力源注入電磁閥。無論是（shì）進水端的壓力（lì）水還是出水端的壓力水（shuǐ），都能單獨執行控製閥的開啟或關（guān）閉。 
正因為有該功能的（de）存在，使水泵控製閥能滿足各種水泵的啟動、停泵等運行特（tè）性要求的可能。其重要還在（zài）於：當輸送介質為渾濁水，不能作驅動源需要外供壓力源時（shí），隻要一條伺服管路即可實現控製閥的所有功能。 
6.節能 
將過（guò）流介質的（de）能耗控製在zui小，是水泵控製閥的一項重要課題。我們抽樣了某些（xiē）通徑的控製閥（fá）作了實（shí）驗，得（dé）出下列（liè）實驗公（gōng）式供讀者參考： 
阻力係數ξ以下列公式確定（dìng）： 
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（shù）; 
V——介質流速(m/s)。 
局（jú）部水頭損失hf以下列公式（shì）確（què）定： 
hf=ξ×V2/2g(7-3) 
或：hf=0.749×V0.8661(7-4) 
hf=0.56×V0.8661(7-5) 
式中hf——局部水（shuǐ）頭損失(m水柱); 
V——介質流速(m/s); 
g——重（chóng）力加速度g=9.81(m/s2)。 
經檢測，該種水泵控製閥的水頭損失比（bǐ）同（tóng）類（lèi）型的水力控製閥能耗減少30%以上。 
三、結論 
具有控製水泵運行特性功能的閥門才稱為水泵控製閥，這是顯而易見的。 
本文第二章第1節《泵的啟動特性及其控製》中的a)、b)、c)條;第2節《停泵及其控製》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製》中的b)條;這裏所敘述的八種（zhǒng）功能屬於泵運轉特性所要求（qiú）的技術條（tiáo）件，也是泵本身運轉特性要求閥門來控製的內容，也是水泵控製閥的必要功能。這些必要功能是水泵控製（zhì）閥區別於各種類型止回閥（fá）或其它閥門質的界定。 
為（wéi）什麽不具備上述必要（yào）功能不能稱為水泵控製閥呢?這可以通過下麵舉例予（yǔ）以說（shuō）明： 
若不具備第2節a)條中先（xiān）關閥後停泵的功能，對離心泵來說，所有停泵都變為意外突然停泵，占停泵總數99%以上的正常停泵，並可以避（bì）免水錘和泵逆轉發生的安全性化（huà）為烏有（yǒu），多麽危（wēi）險。 
若不具（jù）備第（dì）2節和第3節的功（gōng）能，則隻有（yǒu）泵（bèng）的啟動才能實現閥的（de）開啟、泵的關閉才能實現閥的關閉，很明顯這是（shì）泵在控製閥門工作，失去了（le）控製閥的“控製（zhì）”實質，更難理解（jiě）為（wéi）水泵控製閥了。 
若不具備第3節無級調節流量的功能，一（yī）旦泵的運行工況（kuàng）中因阻力偏小，流量過（guò）大時，不但使泵偏離zui率區耗（hào）能，而且因軸功率劇增（zēng）超載而損壞機組。所以（yǐ）水泵控製閥應具有上述八種必要功能是必然的。