何（hé）謂多功能水泵（bèng）控製閥?水泵有什麽（me）運行特性需要閥門來控製?水泵控製閥（fá）能否實現這些控製（zhì）?以及它與傳統的閘閥、蝶閥、止回閥以及（jí）勻速、雙速緩閉的水力控製止回閥在原（yuán）理、功能等方麵有什麽質（zhì）的不同，筆者在（zài）本文中以活塞式多（duō）功能水泵控製（zhì）閥(下稱控製閥)為例，通過對其結構、主要功能、工作原理的剖析，提出對上述問題的看法（fǎ），供讀者參閱。 
一、結構 
控製（zhì）閥的結構 
控（kòng）製閥結構的主要特點是取消了閥座中間（jiān）的（de）定位機構和閥瓣上側的彈簧，而且在閥瓣的（de）下側（cè）設計了導流（liú）板，zui大限度減少了介質過流時的（de）機械損失和閥瓣下側穹腔內（nèi）的旋渦損失。以（yǐ）缸體內的活塞作驅動元件，在介質自身壓力作用下帶動閥瓣作上下運動，實現閥（fá）的開啟或關閉。活塞、啟閉件、連同（tóng）缸（gāng）體配置在閥（fá）體上，流線形、寬閥腔的閥體，不但水頭損失可（kě）以比同類產品減少30%以上，而且（qiě）具有良好的抗氣蝕性能（néng）。 
以電磁閥換向機構(下稱電磁閥)和壓力管路組成伺服係統，取控製閥兩端的壓力水為驅動源，通過電信號指令，任意一端的壓力水都能實現水泵控製閥在設定的時（shí）刻和速度執行泵的開啟或關閉。 
二、泵的運（yùn）行特性與控製閥的功能特點、工作原理（lǐ） 
1.泵的（de）啟動特性及其控製 
a)離心泵的零流量啟動（dòng）特性及其控製(即關閥啟動) 
離心泵在零流量工況（kuàng）時軸功率zui小，為額定軸功率的30%-90%，所（suǒ）以離心泵的啟（qǐ）動（dòng）特性是零流（liú）量啟動(即關閥啟動（dòng）)。待泵至額定（dìng）轉速之後控製閥按設定的速（sù）度（dù）緩慢開啟。 
工作原（yuán）理：泵啟動（dòng）時(前)壓力水經過（guò）設有（yǒu）延時的電磁閥流向缸體內活塞（sāi）上（shàng）腔，而（ér）活塞下腔通過缸體下端經（jīng）電磁閥通向大氣，此時控製閥處（chù）於關（guān）閉狀（zhuàng）態。 
電動機補償啟（qǐ）動結束，泵正常運轉,電磁閥（fá）即執行換向指令,切（qiē）斷（duàn）活塞上腔壓力水源、關（guān）閉缸體（tǐ）下端通向大氣的回路，同時將壓力水經電磁閥注入缸內活塞下腔、打開活塞上腔（qiāng）通（tōng）向大氣的（de）回路，活（huó）塞（sāi）上腔（qiāng）的水經電（diàn）磁閥排出閥外，控製閥按設定的速度緩慢開啟，完成並滿足了離心泵在零流量時軸（zhóu）功率zui小的啟動特性，保證泵機（jī）組的安全運轉。 
b)軸流（liú）泵的大流量啟動特性及其控（kòng）製（zhì）(即全開閥啟動) 
軸流泵在（zài）零流量工況時軸功率zui大，為額定軸功率的140%～200%，所以軸流泵的啟動特性應是（shì）大流（liú）量啟動(即全開閥啟動)。 
工作原理：控製閥（fá）滿足軸流泵全開閥（fá）啟動的工作（zuò）原理是（shì）離心泵關閥啟動的逆運行，即（jí）電磁閥先工作，將閥（fá）全開後，泵再啟動。參（cān）閱a)條（tiáo），不贅述。 
軸流泵啟動前，這時閥的進口壓力為零，控製閥利用閥出水端的介質壓力（lì）將閥開啟，而離心泵啟動時是利用閥進水端的介（jiè）質壓力將閥開啟。無論閥的哪一端介質（zhì）都能實現控製閥的開或啟，這是水泵控製閥功能的重要特征之一。 
c)控製混流泵的啟動特征 
混流（liú）泵在零流量工況時軸功率介於（yú）上述兩種泵之（zhī）間，為額定功（gōng）率的100%～130%，所（suǒ）以（yǐ）混流泵的啟動特性也應是上述（shù）兩種泵之間，一般可選擇泵啟動（dòng）與控製閥的緩慢開啟（qǐ）同步進（jìn）行。 
工作原理：工作原理與控（kòng）製離（lí）心泵零流量啟動特性相同，隻要取消電磁閥的延時（shí）設置即可。 
2.停泵及（jí）其控製（zhì） 
a)控製離心泵的（de）零流量停泵(即先（xiān）關（guān）閥後（hòu）停泵) 
對於（yú）離心泵，先緩慢關閉控製閥，然後再停泵（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，速度變化梯度極小，可有效的避免停泵水錘的發生和泵的（de）逆轉;泵的軸功率由額定（dìng）功率逐漸降至zui小的運行功率（lǜ），有利於機組安全（quán）。 
工作原理：需要停泵時，隻要先切斷電磁閥的控製電（diàn）源，電磁閥即執（zhí）行換向指令，關閉活塞下腔的壓力水源和活塞上腔通大氣的回路，同時開啟活（huó）塞上腔的壓力水源和活塞下腔通大氣的回路，即以進口壓力水作驅動源，緩慢關閉控（kòng）製閥，等（děng）控製閥全關閉後，通過（guò）限位開關指令泵即停止運轉，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（yòng）戶需要進行選擇。 
b)控製軸流泵、混（hún）流泵的停（tíng）泵 
軸流泵、混流泵的停泵功能和工作（zuò）原理與上述內容相仿，不贅。 
3.改變裝置特性(即流量無級調節功能) 
改（gǎi）變裝置特性屬於對泵運行工況調節的範疇（chóu），zui常用的是節（jiē）流法，也稱閥門調節法，利用開大或關小（xiǎo）閥門的開度;改變泵裝置中（zhōng）的阻（zǔ）力係數（shù）ξ，從（cóng）而（ér）使管路的供水特性H=F(Q)發生變化，以達到調節流量的目的。 
控製閥從全閉至全開之間，閥的（de）開度（dù）可以無（wú）級調節，由開度顯示器顯示開度，並予以記（jì）憶和穩定。 
工作原理： 
a)流量由小調大 
活塞下腔的壓力水注入管路和（hé）活塞上腔與（yǔ）大氣相通（tōng）的回路開啟，同時活塞上腔的壓力水注（zhù）入管路和活塞下腔與大氣相通的（de）回路關閉，這時閥瓣緩慢開啟，達到設定（dìng）流量時，控製電（diàn）路即按指令將活塞上、下腔與大氣相（xiàng）通的回路關閉，同時將（jiāng）活（huó）塞上、下（xià）腔壓（yā）力水注入管（guǎn）路開啟，這時活塞上、下兩側總壓（yā）力相等，活塞處於靜止，整個缸體內成為密（mì）閉狀態，穩定了閥的開度，並由開度（dù）顯示器顯示開度。 
b)流（liú）量由大調小 
是a)條的逆運作，不贅。 
上述（shù）控製電路的指令可由限位開關執行，也可設小型的電控箱執行，兩者都能實現（xiàn）自動控製。 
4.意外突（tū）然停泵水錘力的控（kòng）製 
意外突然停泵一般指供電網絡故障或強雷電保護性跳（tiào）閘等停泵現（xiàn）象，此類停泵的概率不到停泵總次數的1%，但因此（cǐ）而產生的水錘對管網及供水機組具有破壞性（xìng），應予以重視。 
a)停泵水錘的物（wù）理現象 
本文不是討論管道中的水（shuǐ）錘，隻是為了便於對控製閥減小水擊（jī）力的功能和工作原理的敘述，引用茹可夫斯基水錘公式對停泵水錘的物理現象作簡單的述說。式中H——產生水錘時的水擊力(m水柱（zhù）); 
C——水錘波傳播（bō）速度，若暫（zàn）時不考慮介質、管壁（bì）材料的彈性係數和管壁厚度，近似取C=1000m/s; 
g——重力加速度，9.81m/s; 
Vo——水（shuǐ）錘發生前介質流速(m/s); 
Vt——水錘發生（shēng）時介質流速(m/s)。 
從式4-1可以（yǐ）看出發生水錘的必要條件是流體的速度變化，水擊力（lì）的大小取決於變化梯度的大小。停泵（bèng）時流速由V0降為零（líng），首層（céng）液麵由於流體的慣性，水層被壓縮，壓（yā）力上升(即水錘壓力)，接（jiē）著因慣性力的（de）作用依次一層、一層……滯止、壓力升高、被壓縮，出現微觀的高（gāo）壓區和低壓區，它們的分界麵稱為水錘波(此時（shí）為增壓波)，增壓波直至輸水管的管端末層消失。接著又（yòu）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（kě）用（yòng）下式（shì）表示：式中L——輸水管長度(m)。 
若閥（fá）門關閉時間為T關，則T關L/500s條（tiáo）件下的水錘為間接水錘，ΔH小於直接水錘。這是因為間接水錘時，閥門前正在發（fā）展的增壓過程，會受到複壓波（bō）的幹擾而被削弱。ΔH的大小與幹擾程度和幹擾次數有關。 
從以上簡述中可知，控製閥不能避免意外（wài）突然停泵時水錘的發生，但可以根據（jù）輸水管道長度，通過（guò）對（duì）閥門關閉時間的（de）調節，將直接水錘轉（zhuǎn）化為間接水錘使ΔH降為zui小，保證輸水管道和泵機（jī）組的安全。 
b)閥門關閉（bì）時間的調節 
目前水泵控製閥常用的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（zhì）閥的功能之（zhī）一，雖具有這種功能的各種類型的止回閥或其它閥門不一定是水泵控製閥，別以此而（ér）誤導，詳見本（běn）文第三章“結（jié）論”部分。 
c)兩階段關閥(即先快速關閥後慢速關閥) 
這種關閥形式可以防止停泵水（shuǐ）錘的發生，至於快速關閥的時間，也應與管（guǎn）道的長度相匹配，兼顧水泵反轉速度和倒流水量大（dà）小，滿足消除停泵水錘的要求。 
d)勻速關閥 
這種關閥的特點是能（néng）根據各種不同長度的輸水管道和選擇複壓波的往返（fǎn）次數，調節不同的關閥時間，恒滿足T關>L/500s的條件。大幅度削弱突然停（tíng）泵水錘的水擊力，適應性（xìng）較兩階段關閥為廣，足以滿足GB/T50265-97《泵（bèng）站設計規（guī）範》中關於反轉速不應超過額（é）定轉速的（de）1.2倍，持續時間（jiān）不應超過2min的（de）要求。 
水泵控製閥的上述（shù）兩種方（fāng）法都由電磁閥自動控製。 
5.選擇壓（yā）力源的機動性大 
電磁閥的伺服機（jī）構設計為雙向同時取壓（yā），經（jīng）單向閥（fá）分配（pèi），由一條壓力較（jiào）高輸液管中的水為壓（yā）力源注入電磁閥。無論是進水端的壓力水還是出水端的壓力水，都能單獨執行控製（zhì）閥的開啟或關閉。 
正因為有該功能的存在，使水泵（bèng）控製（zhì）閥能滿足各種水泵的啟動、停泵等運行特性要求的可能。其重要還在於：當輸送介質（zhì）為渾濁水，不能作驅（qū）動源需要外供壓力（lì）源時，隻要一條伺服管路即可實現控製閥的所有功能。 
6.節能 
將（jiāng）過流介質的能耗控製在zui小，是水泵控製閥的一項重要課（kè）題。我們抽樣了某些通（tōng）徑的控（kòng）製閥作了實驗，得出下列實驗公式供（gòng）讀者參考： 
阻力（lì）係數ξ以下列公式確定： 
當DN≤250時（shí）ξ=14.68×V1.1339(7-1) 
當DN>250時ξ=10.97×V1.1339(7-2) 
式中ξ——阻力係（xì）數; 
V——介質流速(m/s)。 
局部水頭損失hf以下列公式確定： 
hf=ξ×V2/2g(7-3) 
或：hf=0.749×V0.8661(7-4) 
hf=0.56×V0.8661(7-5) 
式中hf——局部水頭損失(m水柱); 
V——介質流速(m/s); 
g——重力加速度g=9.81(m/s2)。 
經檢測，該種水泵控（kòng）製閥（fá）的水頭損失（shī）比（bǐ）同類（lèi）型的水力控製閥能（néng）耗減少30%以（yǐ）上。 
三、結論 
具有控製水泵運行特性功能的閥門才稱為水泵（bèng）控製閥，這是顯而易見的（de）。 
本文（wén）第二章第1節《泵的啟動特性及其控（kòng）製》中的a)、b)、c)條;第2節《停泵及其控製》中的（de）a)，b)條（tiáo）;第3節《改變（biàn）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（xù）述的八種功能屬於泵運轉特性所要求的技術條（tiáo）件，也是泵本身運轉特性要求閥（fá）門來控製的內容（róng），也是（shì）水泵控製閥（fá）的必要功能（néng）。這些必要功能是水（shuǐ）泵控製閥區別於各種（zhǒng）類型止回閥或其它閥門質的界定。 
為什（shí）麽不具備（bèi）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以說明： 
若不（bú）具備第2節a)條中先關閥後停泵的功能，對離心泵來說，所有停泵都（dōu）變（biàn）為意外突然停泵，占停泵總數99%以上的正常停泵，並可以避免水錘和泵逆轉發生的安全性化為烏（wū）有，多麽（me）危險。 
若不具備第2節和第3節的功能，則（zé）隻有泵的啟動才能實（shí）現（xiàn）閥的開啟、泵的關閉才能實現閥的關閉，很明顯這是泵在控製閥門工（gōng）作，失去了控製（zhì）閥的（de）“控製”實質，更難理解為水泵控（kòng）製閥了。 
若不具備第3節無級（jí）調節流（liú）量的功（gōng）能，一旦泵的運行工況中因阻（zǔ）力偏小，流量過大（dà）時，不但使泵（bèng）偏離zui率區耗（hào）能，而且因軸功（gōng）率劇增超（chāo）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。