1.自吸泵上无阀门

 当供应给泵电动机的动力突然切断时，正向驱动泵的能量只是泵和电动机转子上的动能。因为通常这个能量与在排出压头下为保持水流量而需要的能量比较相对较小，所以，泵转速的降低非常快。当泵转速降低时，出口管线的水流量也要减少。作为这些流动迅速变化的结果，在泵出口管线形成增加正常压力的水锤波。这些正常压力波迅速向出口处的出口管线传播，在出口管线引起完全的波反射。泵的转速立刻降到在现存压头下无水可送的那一点。如果在泵上没有控制阀，虽然液流反向通过泵，但是泵仍然可以沿正向转动。现在，自吸泵的转速下降得更快，并通过了零转速。立刻最大的反向流量就经过了泵体，短时间内，泵就作为透平工作，获得反向飞逸转速。当泵接近飞逸转速时，反向过泵的液流减少。对于径流泵，这个反向流的迅速下降要在泵和沿着出口管线的长度产生压升。对于给定的一系列径流泵(低比转数)的特性，大量的水锤问题解决成果。当泵没有安装控制阀时，这些图提供了一个在泵和出口管线中间长度处获得水力瞬态过程的方便方法。尽管这些曲线理论上适用于一整套个别径流泵的特性，但是它们对排除任何径流泵出口线的水锤效应都是有用的。包括泵和电动机惯性效应和水锤波在出口管线传播时间的常数。如果在正常的运行期间出口管线里的摩擦压头大于总输送压头的25%，并且假如在出口管线的任意点不发生水柱分离，则反向流过泵体的最大压头一般不会超过开始的输送压头. (1)装备止回阀的自吸泵。有一些与泵出口管线使用止回阀相关的问题。在稳流状态下，泵出门维持止回阀打。然而，在动力故障后液流反向流过泵时，止回阀在反向流作用下非常迅速地关闭，并在止回阀盘上产生动力。在这些状况下，如果忽略竹线摩擦阻力，止回阀处出口管线内的压升大约等于当日寸反向流的压降。然而，如果由于铰接的摩擦、故障，或阀门的惯性特性，止回阀朝反向流关闭瞬时延迟，那么，在止回阀处出日管线的最大压升可能被明显提高。另一方面，如果止回阀在反向流之前能稍微关闭一些，那么在阀门处泵出口管线的压升还要低于当时反向流关闭止回阀时出现的压升。我们通过止回阀制造厂利用了这个特点，制造厂在止回阀铰接轴上安装弹簧支承或杠杆受力装置以在反向流前帮助关闭阀门。对于这些装置而言，为了保持阀盘开度，以使在稳流状态下阀门的压头损失最小，在正常流动状态下，阀盘上的液压力必须足以克服弹簧和杠杆力。 自吸泵出口管线上的止回阀可以分为两大类，快关和慢关。根据先前所述，当动力故障时，对止回阀的基本要求是在实际的回流发生之前，应该迅速地关闭。当因为系统的流动特性和止回阀的结构原因而不能满足对快关止回阀这个基本要求时，可以取代的是提供一个像缓冲器这样的装置，它会放慢或缓冲止回阀最后部分的闭合。这个特点己被许多止回阀制造商所利用。 (2)可控制的阀门闭合。在大部分大型的泵送装置现场，通常在动力故障后使用单接出口阀的闭合来限制出口管线的压升至一个容许值。然而，我们发现即使最合适的单接闭合，也会发生一些低于最大反向设备飞逸速度的反向旋转。如果根据其他的考虑，希望防止或限制设备的反向转速，则可以应用双接阀门闭合。这种情况下，出口阀应非常迅速地关闭它行程的主要部分，直到泵反向流的时刻。为了限制出口管线的压升达至一容许值，然后，应该在低速下结束剩余的部分行程。在同一出日管线上不止一个泵的输送装置，对可能在动力故障时各种泵运行的组合，在最适宜的单接和双接闭合比率上，应该设计兼顾的方案。 (3)波动抑制器。为了控制在动力中断后泵出口管线出现的压升，有时在输送装置上使用波动抑制器。典型的波动抑制器由一个液压控制动作阀组成，该液压控制动作阀在或是由于电磁线圈的功率损失，或是由于在波动抑制器上压力突然大降或压力升高引起的动力中断后迅速打开。这个阀门提供了一个从泵出口管线上释放水的口。当水流被切断时，由于缓冲作用，阀门以低速稍后关闭以控制压升。只要在出口管线的其他位置不出现水柱的分离，那么，大小合适和可现场调节的波动抑制器可以使出口管线的压升降至任意的期望值。 对波动抑制器适当的现场调节是非常重要的。如果抑制器随动力故障太迅速地打开，泵和沿出口管线轮廓的向下波动要大于假设不存在波动抑制器的情况。作为结果，由于过早地打开波动抑制器，则可能在出口管线的某些部位出现水柱分离。如果在形成最大的反向流量之后，抑制器关闭得太快，也会导致出现大的压升。 (4)水柱分离。在自吸泵的电动机动力故障之后，无论何时任何位置只要瞬时水压梯度使出口管线的压力降至水蒸气压力，就会出现水柱分离。无论何时出现这种状况，常规的水锤解决办法不再有效。如果管内低于大气压的压力状况持续一段时间，出口管线里的水就要分开并被水和蒸汽段隔离。当两股水柱重接时，则经常可能导致高压升，所以，只要有可能，应该避免水柱的分离。 (5)快开、慢关阀门。可以应用快开、缓冲器控制的慢关阀门限制出口管线高点的压升，我们知道，在高点会频繁出现水柱分离现象。当管线在水柱分离点的压力降至预先设定的阀门设定值以下时，阀门快速打开，并有少量的空气导入管线内。当管线内上部水柱停止不动之亏，水柱相反地返回到阀门附近的分离点，阀门被完全打开。空气和水混合，然后畅通的水通过阀门排出。由此可以看出，打开的阀门提供了一个泄放点，从而减少因水柱重接而引起的压升。在缓冲器的作用下，阀门稍后缓慢地关闭，因而，当反向流被切断时，在出口管线阀门位置出现的压升不是有害的。无论何时，使用这些阀门，都应采取预防措施，保证它们有合适的尺寸及调整至合适的开关时间，并充分防冻。 (6)单向调压槽。由作者介绍的单向调压槽是一种有效且经济的用于出现水柱分离位置的压打调节设备。单向调压槽是一个较小的、用水充入的罐，液面远低于水压梯度，以止回阀同于线连接，止回阀因出口管线压力保持关闭。动力故障时，当出口管线在单向调压槽处的压力降至低于罐里相当水面的压头时，止回阀快速打开，罐开始排水，充填由水柱分离而形成的空间。当上段水柱液流开始回口才，单向调压槽的止回阀在出口管线形成任何明显的回流之前就关闭了。这样，在水柱重接时就不存在压升。单向调压槽开始的水面通常是用浮球控制或高度阀来自动维持。应该注意，单向调压槽在泵出口管线起动循环期间不发生作用，同时，也必须防冻。 (7)气压室。在一个很长的泵出口管线上控制压力波动的有效设备是液压气压罐或气压室。气压室通常位于或接近输送装置。它可以是任何所希望的形状，并且可以直立、水平或倾斜状态放置。气压室的较低部位含水，上部分含压缩空气。用浮球液面控制器和空气压缩机来保持所希望的空气和水面。当动力故障在泵的电动机上出现时，由泵产生的压头和流量迅速下降，而气压室内的压缩空气膨胀，并迫使水排出气压室底部进入出口管线，这样，就使管线里的速度变化和水锤效应降至最小程度。当泵的转速降至泵不能克服现有压头输送水时，这通常是在动力故障后的零点几秒，泵出口侧的止回阀迅速关闭，然后减速停泵。短时间后，出口管线里的水也减少至停止，然后发生回流并反向流进气压室。当回流进入气压室时，通常通过一个节流孔板，气压室里的空气体积缩小，而在出口管线里产生高于输送压头的压升。这个压升的大小取决于节流孔板和气压室内开始的空气体积。 (8)调压槽。因为调压槽没有可能不正常工作的运动部件，所以，它是一个最可靠的、可用于输送装置的设备。在泵电动机动力故障之后减小由于出口管线流量的迅速变化而引起的水锤。随着动力故障，调压槽内的水提供了一个靠近的势能源，能有效地减小流量变化率和出口管线的水锤。 普通调压槽的一个缺点是罐的顶部必须延长到正常的水压梯度以上以避免溢流，因而，在高压头输送装置里，罐相当高和相当昂贵。为了得到最经济的调压槽的设计，应该对位于罐基的节流装置的合适尺寸给予注意。 (9)不反转的棘轮机构 为了减小因动力故障引起泵出口管线出现水锤现象，有时使用的其他机构是在泵和电动机轴上安装不反转的棘轮机构，防止泵反向旋转。在发生动力故障时，因为有大量的回流通过静止的叶轮，因此，这个装置对控制水锤是有效的。除了在小泵上应用的情况以外，迄今为止，不反转棘轮机构的使用经验非常令人失望。在许多中等规模的使用了这些机构的泵设备上，都由于其他严重的机械故障造成突然的轴停止转动引起对泵和电动机轴系统的冲击。 2.电动机的自动再起动 在小的无人看管的自吸泵装置上，经常希望在动力故障后，立刻恢复动力，自动地使泵恢复运行。然而，我们发现，有时在非常短时的动力中断后，当回流业已通过泵件时，异步电动机能再起动，并且可以快速地达到正向转速。在这种状态下，出口管线里的水锤是有害的。如果在这样的瞬时状态下，泵的电动机具有再起动的能力，应该在电动机控制器上安装延时或类似的装置，以使泵在有把握运行时才能起动。 3.正常的泵起动 (1)在控制阀门打开的情况下。在一些泵装置上，泵顶着关闭的出口侧阀门提速。然后，阀门缓慢地开启，在出口管线内有非常小的水锤。然而，会发现在阀门打开期间，因为通过阀门的压头损失非常迅速地减少，因此，在只有较小的阀门开度下就儿乎在出口管线形成泵的全部流量。对于长的出口管线，必须在决定最佳阀门开度的比率上考虑阀门打开期间的压头损失和流量特性。 (2)在有止回阀的情况下。在依靠止回阀保持管线充满的泵送装置上，由泵起动引起的出口管线的水锤在某些情况下可能是有害的。如果电动机非常迅速地提高转速，当进入管线的流量突然增加时，泵会在出口管线里产生一个压升。正如先前所述，这个压升对径流泵(低比转数泵)来说要低于轴流泵(高比转数泵)。 (3)在泵壳缺水的情况下。在配备了大型泵的输送装置，经常在泵壳缺水情况下进行泵的正常起动，通过使用压缩空气使水面降至泵叶轮以下来完成，压缩空气则在出口阀关闭和出口管线充满时导入泵壳。当电动机在运行中己同步之后，释放泵壳中的压缩空气，让水从吸入口弯管重新进入泵体，这之后，出口阀被缓慢地打开。这种操作形式对大部分大型输送装置来说是令人满意的，通常在出口管线上不存在明显的水锤效应。然而，少数的大型泵装置对这种操作形式有一些麻烦。在后者的情况下，当吸入口弯管的提升水面首先到达泵叶轮时，在几秒钟之内出现非常快的抽吸作用，并在同时可能出现严重的来自止推轴承的对泵和电动机的反向压力。如果这种快速的抽吸作用出现时，出口阀仍然关闭，在出口管线就不会发生水锤效应。 (4)有调压槽或气压室的情况下。当输送装置有调压槽或气压室时，无论泵流量的增加是突然的还是渐次的，都只产生非常小的差别，因为流量突然增加的主要部分会进入调压槽或气压室。由于有这些设施，泵压升的急剧现状会转化成出口管线内的较小的压升，并接着在调压槽或气压室内发生的慢慢地摆动。 (5)正常的自吸泵停车。在泵正常停车时，输送装置首先关闭泵出口侧的控制阀，然后切断泵电动机的电源，这样，在泵出口管线产生最小的水锤效应。如果在泵出口侧仅使用止回阀，并切断了与同一出口管线相连的几个泵电动机中的一个电动机的电源，那么己经停车的泵的液流会迅速地反向流动，止回阀会迅速地关闭。应用止回阀的防冲击或慢关特性会降低出口管线的水锤效应。