1、活塞平衡式多功能水泵控制阀节能效果研究探讨摘要：供水系统的电耗是目前供水企业节能工作的重中之重，供水系统的电耗集中在供水的泵房里面。因此供水泵房的各样改造就显得尤为重要了。其中对水泵的出水控制阀进行改造是一个方向。在众多的多功能出水控制阀门中，活塞平衡式多功能水泵控制阀节能效果尤为明显。本文将从理论到实际对其节能效果进行分析探讨。 关键词：节能；活塞平衡式；供水阀门 Abstract: The power consumption of water supply system is the energy-saving work of the water supply enterprise pri
2、ority among priorities, power supply system in which water pumping station. Therefore, all kinds of transformation of water pump house is particularly important. The water pump water control valve reconstruction is a direction. The multifunctional water control valves numerous, balanced piston type
3、valve pump control multifunctional energy saving effect is obvious. This paper starts from the theory to the practice of the energy saving effect analysis. Keywords: energy saving; balanced piston type water supply valve; 中图分类号:TE08 文献标识码：A 文章编号： 1 研究背景 城镇供水企业能源消耗大，约占制水成本的一半。现阶段，由于我国城镇供水还是粗放型经济，能源利用
4、率低，能耗高，造成能源浪费现象十分严重，因此，降低能耗、降低漏耗和降低药耗，是今后城市供水的主攻方向 。国家标准 能源管理体系要求(GB/T2333-2009)的颁布实施，2009 年哥本哈根世界碳排放会议的召开，更唤醒和强化了我们的能源危机意识，所以应把节能工作放在优先地位，建立和实施能源管理体系，在此基础上，努力实现最佳的节能实践。 理论上， 将一千吨水提升一米需要耗电 2.72kWh，按大型机组水泵平均效率 75%，电动机平均效率 90%计算，每千吨米供水耗电约为 4.0kWh，若机组实际运行时单位电耗大于 4.0kWh千吨米，其差额就是泵站的节电潜力，差额越大，节电潜力也就越大。确定了
5、泵站有节电潜力，还需要了解泵站的机电设备效率，以便“对症下药” ，泵站的机电设备效率主要通过现场测试来获取。因此对于供水系统的节能控制，好大程度上都落在泵站处，其中水泵的控制阀对整个节能效果起到很关键的作用。 对于传统型的水力控制阀，防水锤、减少水头损失的效果都不怎么理想。本文从水泵控阀的结构和动作方出发，比较市场中最为普遍的膜片式水力型多功能水泵控制阀 ，来探讨活塞平衡式水泵控制阀的结构特征，引出活塞式水泵控制阀的优点。结合在水力学实验室和具 体工程实践中的检测数据，定量地说明活塞衡式水泵控制阀可能带来的巨大的经济效益。 2 多功能水泵控制阀的分类 2.1 膜片式水力型多功能水泵控制阀 膜片
6、式多功能水泵控制阀，功能较为先进，是目前市场上使用最广、认知度最高的产品。该 阀采用大、小阀瓣结构，依靠水泵加压使原水介质进入膜片室下腔，膜片靠张力带动阀轴沿 阀板升降轴线的方向提升，带动小阀瓣打开。由于沿流道前进方向上，水流依次流经伞型导 向支架、阀座、阀瓣的摩擦和阻碍，特别是大阀瓣的自重需要水流冲击力克服，使得水头损 失较大，这一点从中国水科院 2003 年的实验数据中可以佐证，尽管从膜片式水泵控制阀厂家只能得到“水头损失很低”的模糊性概念。 2.2 活塞平衡式水泵控制阀 采用气动型活塞平衡式水泵控制阀，与水力型的截然不同。阀瓣的开启、关闭靠压缩气体的压力完成，不再需要水流冲击打开阀瓣，使
7、其取得远高于膜片式水泵控制阀的水力特性。因此，优越的水力学特性，是活塞平衡式水泵控制阀的重要特征。活塞平衡式水泵控制阀采用 45 度仰角流通计，大空腔结构，过流的帘面积高于管道截面积的 20%，进一步降低的水头损失，使其流道特性非常优异，尤其是介质在 1.5 m/s 2.0m/s 的经济流速下，水头损失仅为 0.3m0.5m，甚至低于相同状态下的蝶阀，为各种水泵控制阀最小水头损失之最。 2.3 活塞平衡式水泵控制阀的控制方式 活塞平衡式水泵控制阀采用气动原理，由空气压缩机或水厂自备压力气源为活塞平衡式水 泵控制阀的开启提供动力，经 “ 二位五通 ”电磁阀的换向作用，引导压力气源进入活塞缸 的腔
8、室，活塞板带动阀瓣，完成启、闭动作，集截止、止回、凋流于一身，满足水泵零流量 肩动、零流量关闭、意外停电和故障停电防护水锤等多项功能。 图 1 活塞平衡式水泵控制阀结构图 3 活塞平衡式多功能水泵控制阀节能原理 离心泵在零流量启动时的轴功率最小。活塞平衡式水泵控制阀可以做到离心泵在零流量时启动，保证水泵拖动电机在轻载下运行，启动功率只为额定功率的 30%50%，这样可以减少水泵拖动电机的起动电流，避免水泵启动时电流的激增对供电网造成的电压波动。 活塞平衡式水泵控制阀采用直流式阀体结构，减少了阀门的压力损失和能量的消耗。阀板由活塞板带动，采用平衡原理气动开启，消除了阀门内流动介质作用在阀板上的轴
9、向力，使阀门的开启和关闭力非常小，做功非常小，只相当于传统型水力控制阀的 1/25-1/15 。 传统型的水泵控制阀悬浮的大阀板占据一定的流道空间产生阻力，并且大阀板的重量完全依靠流体压力托起形成阻力，再有悬浮的大阀板在流体冲击下产生快速旋转，造成阀门抖动并形成压力波动。但是活塞平衡式多功能水泵控制阀阀门开启后，介质不承受阀板等启闭件的自重，并不消耗水流冲击力，阀板上侧取消了弹簧，减少了机械能量的损失。过流通道采用大空腔流线型结构，排除了阀板下的空腔产生漩涡造成的能量损失，提高了阀门的抗气蚀性能。 此外当意外停电或故障停电发生后，流速方向改变的时间很短。在这一有限的时间段内，电磁阀通过换向作用
10、迅速进入 85%的速闭行程（用时 3-6 秒） ，然后因控制截流作用进入 15%的缓闭行程（用时 3-100 秒） ，完成关闭。两阶段的节奏的关闭状态是水泵免受意外停电水锤破坏的关键。速闭的最短时间，决定了水泵控制阀的适用范围，也是水泵控制阀水锤防护的核心依据。 4 活塞平衡式多功能水泵控制阀的节能核算 根据本单位采用该水泵之后的数据，得到如下的曲线测试表。 图 2 水泵工况使用了节能活塞平衡式水泵控制阀后对水泵工况在改善 根据曲线表可知，在各种工况下，均表现出较其他类型阀门的优越的水力性能。比如，在管网流速为 1.5-2.0m/s 时，节能活塞平衡式水泵控制阀的水头损失最低，仅为 0.3-0
11、.5m。采用其他形式（如膜片式）的双速多功能水泵控制阀为 3m 以上，节能消声止回阀为 4m，蝶形偏置多功能止回阀为 0.85-1.5m 。 改造的水泵出口采用水泵控制阀口径为 DN600，平均流量为1300m3/h，扬程 40m。现计算采用气动型活塞平衡式泵控制阀的节能电量。流速平均为 1.2-1.3m/s 时，DN600 的节能活塞平衡式水泵控制阀，水头损失为 0.45m，缓闭止回阀和电动蝶阀其总水头损失为 0.35m，计算结果如下： 流量 Q=r2V=3.140.31.253600=1272 m3/h 节能分析： 节省轴功率： p=QH/3600=1272（3.35-0.45）9.810
12、.853600=11.81kw 因此，每年节电（设定水泵的效率为 85%）： E=PT=11.8124365=103456kwh 设每一度电费为 0.75 元，则活塞平衡式水泵控制阀每年可节电： 0.75103456=7.76（万元/年） 提高输水量： 如果保持水泵轴功率不变，则可以提高水泵的输水流量。 Q=3600P/H/=36000.7511.81409.81=81.26（m3/h） 全年增加了的流量为： Q=81.2624365=71 万 m3 5 结语 5.1 本单位水泵控制阀的改造成功，超出了人们的预想，给水厂带来了巨大的经济效益。活塞平衡式水泵控制阀是新型高节能产品，具有很低的电耗
13、运行成本，特别在“ 节能减排”的今天，推广的意义极大。 5.2 除具备高节能性，活塞平衡式水泵控制阀与水泵联动，提供水泵各种工况下的保 护功能，体现出高安全性， 高自控性。 参考文献 1 中华人民共和国城镇建设行业标准多功能水泵控制阀（CJ/T167-2002，批准部门：中华人民共和国建设部，施行日期：2002年 10 月 1 日） 2 姜乃昌主编水泵及水泵站第 4 版北京：中国建筑工业出版社，1998 3 中华人民共和国水利部：中华人民共和国国家标准泵站设计规范（GB/T 50265-97，批准部门：中华人民共和国建设部施行日期：1997 年 9 月 1 日） 4 朱德志多功能水泵控制阀在水厂中的应用城镇供水，2000（5）
