何謂多功能水泵控製閥?水泵有什麽運行特性需（xū）要閥門來控製?水泵控製閥（fá）能否實現這些控製?以及它與傳統的閘閥、蝶閥、止回（huí）閥以及勻（yún）速、雙速（sù）緩閉的水力控製止回閥（fá）在原理、功能等方麵有什（shí）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，供讀（dú）者（zhě）參閱。 
一、結構 
控製閥（fá）的結（jié）構 
控製閥結構（gòu）的主要特（tè）點是取消（xiāo）了閥座中間的定位機構和閥瓣上側（cè）的彈簧，而且在閥瓣的下側設計了導流板，zui大限度減少了介質過流時的機械損失和閥瓣下側穹（qióng）腔內的旋渦損失。以缸體內的活塞作驅動（dòng）元件，在介（jiè）質自身壓力作用（yòng）下帶動閥瓣作上下運動，實現閥的開啟或（huò）關閉。活塞、啟閉件（jiàn）、連同缸體配置（zhì）在閥體上（shàng），流線（xiàn）形、寬閥腔的閥體（tǐ），不但水頭損失可以比同類產品減少30%以上，而且具有良好的（de）抗氣蝕性能（néng）。 
以電磁閥換向機構(下稱電磁閥)和壓力（lì）管路組成伺服係統，取控製閥兩端的壓力水為驅動源（yuán），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刻和速度（dù）執行泵的開啟或關閉。 
二、泵的運行特性（xìng）與控（kòng）製閥的（de）功能特點（diǎn）、工作（zuò）原理 
1.泵的啟動（dòng）特性及其控製 
a)離心泵的零流量啟動特性及其控製(即關閥啟動) 
離心泵（bèng）在零流（liú）量工況時軸功率zui小，為額定軸功率的30%-90%，所以（yǐ）離心泵的（de）啟動特性是零流量啟動(即關閥啟動)。待泵至額（é）定轉速（sù）之後控（kòng）製閥（fá）按設定的速度緩慢開啟。 
工作原理：泵啟動時(前)壓力水經過設有延時的電磁閥流向缸體（tǐ）內（nèi）活塞上腔，而活塞下腔通過缸體下端經電（diàn）磁閥（fá）通向大氣，此時控製閥處於關閉（bì）狀態。 
電動機補償啟動結束，泵（bèng）正常運轉,電磁閥即執行換向指令,切（qiē）斷活（huó）塞上腔壓力（lì）水（shuǐ）源、關閉缸體下端通向大氣的回路，同時將壓力水經電磁（cí）閥注（zhù）入缸內活（huó）塞下腔、打開活塞上腔通向大氣的回路，活塞上腔的水經電磁閥排出閥外，控製閥按設（shè）定的速度緩慢（màn）開啟，完成並滿足了離心（xīn）泵在零（líng）流量時軸功率zui小的啟動特性（xìng），保證泵機組的安全運轉。 
b)軸流（liú）泵的大流（liú）量啟動特性及其控製(即全開閥啟（qǐ）動) 
軸流泵（bèng）在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（de）啟動特性應是大流量啟動(即全開閥啟動)。 
工作原理（lǐ）：控製閥滿足軸流泵全開閥啟動的工作原理是離心泵關閥啟（qǐ）動的逆（nì）運行，即電磁閥（fá）先工作，將閥全開後，泵（bèng）再啟（qǐ）動。參閱a)條，不贅述。 
軸流泵啟動前，這時閥的進口壓力為（wéi）零，控製閥利用閥出（chū）水（shuǐ）端的介質壓力（lì）將閥開啟，而（ér）離心泵（bèng）啟動時（shí）是（shì）利用閥進水端的介質（zhì）壓（yā）力將閥開啟。無論閥的哪一端介質都能（néng）實現控製閥的開或啟，這是水泵控製閥功（gōng）能的重要特（tè）征之一。 
c)控製混流泵的啟動特征 
混流泵在零流量工（gōng）況時軸（zhóu）功率介於上述兩種（zhǒng）泵（bèng）之間，為額定功率的（de）100%～130%，所以混（hún）流泵的啟動特性也應是上述兩種（zhǒng）泵之（zhī）間，一般可選擇泵啟動與控製（zhì）閥的緩慢開啟同步（bù）進行。 
工作原理：工作原理與控製離心泵零流（liú）量啟動特性相同，隻要（yào）取（qǔ）消電磁閥（fá）的延時設置即可。 
2.停泵及其控製 
a)控製離心泵的零（líng）流量停（tíng）泵(即先關閥後停泵) 
對於離心泵，先緩慢關閉控製閥，然（rán）後再停泵的重要性在於：這時管內介質流速由額定（dìng）流速逐（zhú）漸降至（zhì）為零，速（sù）度變化梯度極小，可有效的避（bì）免停泵水錘的發生和泵的逆轉;泵的軸功率由額定功率逐漸降（jiàng）至zui小的運行功率，有利於機組安（ān）全。 
工（gōng）作原理：需要停（tíng）泵時，隻要先切（qiē）斷電磁閥的控製（zhì）電源（yuán），電磁閥即執行（háng）換（huàn）向指令，關（guān）閉活塞下腔的壓力水源和活塞（sāi）上腔通大氣的回路（lù），同時開啟活塞上腔的壓力水源和活塞下腔通大氣的回路（lù），即以進口壓力水作驅動源，緩慢（màn）關閉控製閥（fá），等控（kòng）製閥全關閉後，通過限位開關指令（lìng）泵即停止運轉，全過程為（wéi）自動（dòng）控製。 
控製閥緩閉時間可以通（tōng）過節流閥的調節在5～60s範圍內或根據（jù）用戶需要進行選擇。 
b)控製軸流泵、混流泵（bèng）的停泵 
軸流泵、混流泵的停泵功能和工作原理（lǐ）與上（shàng）述（shù）內容相仿（fǎng），不贅。 
3.改變裝置特性(即流量（liàng）無級調（diào）節（jiē）功能) 
改變裝置特性屬於對泵運行工況調節的範疇，zui常用的是節流法，也稱（chēng）閥門調節法，利用開大（dà）或（huò）關小閥門的開度;改變泵裝置中的阻力係數ξ，從而使管（guǎn）路的供（gòng）水特性H=F(Q)發生變化，以達到調節流量的（de）目的。 
控製閥從全閉至全開之間，閥的（de）開度（dù）可以無級調節，由開度顯示（shì）器顯示開度，並予以記憶和穩定。 
工作（zuò）原理（lǐ）： 
a)流量由小調（diào）大 
活塞下腔的壓力（lì）水注入管路和活塞上腔與大氣相通的回路開啟，同時活（huó）塞上腔的壓力水注入管路和活塞下腔與（yǔ）大氣（qì）相通的回路關閉，這時閥瓣緩慢開啟，達到設（shè）定流量時，控製電（diàn）路（lù）即按指令將活塞上、下腔（qiāng）與大（dà）氣相（xiàng）通的回路關閉，同時（shí）將（jiāng）活塞上、下腔壓力水注入管路開啟，這時活塞上、下兩側總壓力相等，活塞處於（yú）靜（jìng）止，整個（gè）缸體內成為密閉狀態，穩定了（le）閥的（de）開（kāi）度，並由開度顯示器顯示開度。 
b)流量由大調小（xiǎo） 
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（háng），也可設小型的電控箱執行，兩者都能實（shí）現自動控製。 
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（gòng）電網絡故障或強雷電保護性跳閘等停泵現象，此類停泵（bèng）的概率不到停泵總次數的1%，但因此而產生的水錘對管網及供（gòng）水機組具有破壞性，應予以重視。 
a)停泵水錘的物理現象 
本文不是討論管道中（zhōng）的水錘（chuí），隻（zhī）是（shì）為了便於對控（kòng）製閥減小水擊力的（de）功能和工作原理的敘（xù）述，引用茹可夫斯基水錘公式對停泵水錘的物理現（xiàn）象作簡單的述（shù）說。式中H——產生水錘時的水擊力(m水柱（zhù）); 
C——水錘波傳播速度，若暫時不考慮介（jiè）質、管壁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——水錘發生前介質流速(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是流體（tǐ）的速度變化，水擊力的大小（xiǎo）取決於變化梯度的大小（xiǎo）。停泵時流速由V0降為零，首層液麵由於（yú）流體的慣性，水層被壓縮，壓力上（shàng）升（shēng）(即水錘壓力)，接（jiē）著因慣性（xìng）力的作用依（yī）次（cì）一層、一層……滯止、壓力升高、被壓（yā）縮，出現微觀的高壓區和低壓區，它們的分界麵稱為水錘波(此時為增壓波)，增壓波直至輸（shū）水管的管（guǎn）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（wéi）複壓波（bō）)，這個往返過程所需時間t可用下式表示：式中L——輸水管長度(m)。 
若閥門關（guān）閉時間為T關，則T關L/500s條件下的（de）水錘為間接水錘，ΔH小於（yú）直接水（shuǐ）錘（chuí）。這是因為間接水錘（chuí）時，閥門前（qián）正在發展的增壓過程，會受（shòu）到複壓波的幹擾而被削弱。ΔH的大小與幹擾程度和幹擾次數（shù）有關（guān）。 
從以上簡（jiǎn）述中可知，控製（zhì）閥不能避免意外突然停泵時水錘的發生，但可（kě）以根據輸水（shuǐ）管道長度（dù），通過對（duì）閥門關閉時間的（de）調節，將直（zhí）接水錘轉化（huà）為間接水錘使ΔH降為zui小，保證輸水管道和泵（bèng）機組的安全。 
b)閥（fá）門關閉時間的調（diào）節 
目前水泵控製閥常用的關閉時間調節方法（fǎ）有兩種，要指出的是本文所指的調節方（fāng）法是水泵控製閥（fá）的功能之一，雖（suī）具有這（zhè）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，別以此而誤（wù）導，詳（xiáng）見本文第三章“結論”部分。 
c)兩階段關閥(即先快速關（guān）閥（fá）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，也應與管道的長度相匹（pǐ）配，兼顧（gù）水泵（bèng）反轉速（sù）度和倒流水量大小，滿足消（xiāo）除（chú）停泵水錘（chuí）的要求。 
d)勻速關閥 
這種關閥的特點是能根據各種不同長度（dù）的輸水管道（dào）和選擇複壓波的往（wǎng）返次數，調節不同的（de）關閥（fá）時間，恒滿足T關>L/500s的條件。大幅度削弱突然停泵水錘（chuí）的水（shuǐ）擊（jī）力，適應性較兩階段（duàn）關閥為廣（guǎng），足以滿足GB/T50265-97《泵站設計規範》中（zhōng）關於反（fǎn）轉速不（bú）應（yīng）超過額定轉速的1.2倍，持續時間（jiān）不應超過2min的要求。 
水（shuǐ）泵控（kòng）製閥的上述兩種方法都由（yóu）電磁（cí）閥自動（dòng）控製。 
5.選擇壓力源的機動性大 
電磁閥的伺服（fú）機構設計為雙向同時取壓，經（jīng）單向（xiàng）閥分配，由一條壓力較高輸液管中（zhōng）的水為壓力源（yuán）注入電磁閥。無論是進水端的壓力水還是出水端的壓力水（shuǐ），都（dōu）能單獨執（zhí）行控製閥的開啟或關閉。 
正因為有（yǒu）該功能的存在，使水泵控製閥能滿（mǎn）足各種水泵的啟動、停泵等運行（háng）特性要求的可能（néng）。其重要還在於：當輸送介質為渾濁水，不能作驅動源需要外供壓力源時，隻要一條伺服（fú）管路即可實現控製閥的所有功能。 
6.節能 
將過流介質的能耗控製在zui小，是水（shuǐ）泵控製閥的一項重要課題。我們抽樣了某些通徑（jìng）的控製閥作了實（shí）驗，得出下列（liè）實驗公式供讀者參考： 
阻力係數ξ以下列公式確定： 
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（lì）係數; 
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（shī）(m水（shuǐ）柱（zhù）); 
V——介質流速（sù）(m/s); 
g——重力加（jiā）速度g=9.81(m/s2)。 
經（jīng）檢測，該種水泵（bèng）控製（zhì）閥的水頭損失比同類型的（de）水力控製閥（fá）能耗減少30%以上。 
三、結論 
具有控製水泵運行特（tè）性功能的閥門才稱為水泵控（kòng）製閥，這是顯而易見的。 
本文第（dì）二章第1節《泵的啟動特性及其（qí）控製》中的a)、b)、c)條;第2節《停泵及（jí）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;這裏所敘述的八種功能（néng）屬於泵運（yùn）轉特性所要求的技術條件，也是泵本身運轉特性要求（qiú）閥門來控（kòng）製的內（nèi）容，也是水泵控製閥的必要（yào）功能。這些必要功能是水泵控製閥區別於各種（zhǒng）類型（xíng）止回閥或其它閥門質的界定。 
為什麽不具（jù）備上述必要功能不能稱為水泵（bèng）控製閥呢?這可以通過下麵舉例予以說明： 
若不具備第2節a)條中先（xiān）關閥（fá）後停泵的功能，對離心（xīn）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（zhèng）常停泵，並可以避免水錘和泵逆轉發生的安全性化為烏有，多麽危險。 
若不具備第2節（jiē）和第3節的功（gōng）能，則（zé）隻有（yǒu）泵的啟動才能實現閥的開啟、泵的（de）關閉（bì）才（cái）能實現閥的關閉，很（hěn）明顯這是泵在控製閥門工作（zuò），失去（qù）了控製閥的“控製”實質，更難理解為水泵（bèng）控製閥了（le）。 
若不具備第3節無級調節流量的功能，一旦泵的運行工況中因阻力偏小，流量過大時，不但使泵偏離zui率區耗能，而且因軸功（gōng）率劇增超載而損壞機組。所以水泵控製閥應具有上述八種必要功能是（shì）必然的。