輸送液體管路（lù）中閥門執行機構的防水擊裝置研究
　　
　　在輸油管線係統及煉油化工裝置輸送液體（tǐ）的管路中（zhōng），當（dāng）調節閥或開關閥突然開啟或關（guān）閉時，可引起較（jiào）強烈的水擊，輕則引起管道的振動，重則造成設備的損壞。比如，在油庫輕油灌裝係統中，常因終端調節閥關閉速度過快而出現這類問題。因此必須采取措施防止水擊危害。目前已有一些防水（shuǐ）擊（jī）裝置可供選用，比如泄壓閥、穩壓罐等，但配備（bèi）這些裝置（zhì）需要增加成本和維（wéi）護工作量。如果能（néng）對現（xiàn）有閥門的執行機構作些改（gǎi）進，避免（miǎn）或減弱水擊，一方麵能（néng）從根源上解決問題，另一方麵可降低防水擊的成本。
　　
　　一、閥門突然開閉原因
　　
　　輸（shū）油管線中（zhōng）使用的氣動薄膜流量調節閥、氣動活塞開關（guān）閥和電磁開關閥（fá），因能源中斷、通氣或通電及微分（fèn）作用（yòng）的影響，會出現迅速開閉。
　　
　　1、能源中斷
　　
　　當由於某種原因使電源或氣源突然中斷時，一般的調節閥或開關閥因為沒有自鎖功能，會瞬時改變狀態（tài），即迅速（sù）全開或全關。
　　
　　2、活塞閥和電磁閥的動作
　　
　　活塞閥和電磁閥一般都是二位式，即使是正常動作（zuò），其迅速的開閉也不可避免。隻要通氣或通電，閥門（mén）瞬時間完成開閉狀態的（de）轉換。
　　
　　3、微分作用的影響
　　
　　目前，在過程控製中使用了許多比例積分微分（PID）調節器，其輸出與輸入偏差的關係為（wéi）
　　
 

    式中P--調節器輸出
    k_c--比例（lì）放大倍數
    e--輸入（rù）偏差（chà）
    T_d--微（wēi）分常數
    T_t--積分常數

        微分作用對於快速消除幹擾影響，盡快穩定係（xì）統是有益（yì）的。但是，當kc和Td都較大時，若遇稍大些的，則會產生較強烈的微分超調作用（yòng），使P迅速增大或（huò）減小（視e的符號而定），從而控製閥門瞬時全開或全關。
　　
　　二、閥門開閉產生的水擊（jī）壓頭
　　
　　根據理論力（lì）學的動量定律推導可得到慣性水擊壓頭與流速瞬變的關係
　　
　　式中ΔH--水擊壓頭（tóu），m
　　
　　α--水擊波速，m/s
　　
　　g--重力加速度，m/s2
　　
　　ΔV--流速變化，m/s
　　
　　哈立維爾水擊（jī）波（bō）速的表達式如下
　　
　　式中E0--輸（shū）送液體（tǐ）積彈性係數，MPa
　　
　　E--管材彈性模量，MPa
　　
　　D--平均管徑，m
　　
　　b--管壁厚度，m
　　
　　p--輸送液密度，kg/m3
　　
　　ψ--因數，由（yóu）管道固定狀態決定。
　　
　　如果突（tū）然開閉閥門，將導致流速變化量ΔV很大，產生的水擊壓頭ΔH可能是原先管（guǎn）中液壓的若幹倍，所（suǒ）以突然開閉閥門是產（chǎn）生強烈水擊的原因之一。
　　
　　三、分程緩開閉方法
　　
　　突然開閉閥門將引起流速（sù）瞬變。如果閥門緩慢開閉，從而使流速逐漸變化，那麽產（chǎn）生的水擊壓頭可以看成是一係列流（liú）速依次瞬間變化的水擊壓頭的代數和，即
　　
　　流速逐漸變（biàn）化產生的增壓（yā）波是逐個發出（chū）的，後麵的疊加在前麵之上（shàng），管道沿線各截麵處的壓頭逐漸增加，其減壓波也是逐個返（fǎn）回（huí），依次把原來增大了的壓頭減小。流速瞬變時，減壓波來不及返回，產生直接（jiē）水擊。當流速緩變（biàn）時，在（zài）液流中斷前（qián），部分減壓波已返回，抵（dǐ）消了部分增壓波（bō），形成間接（jiē）水擊，其（qí）值低於直接水擊。若能將流速變化降到（dào）適（shì）當值，就可以消除水擊的危險性。
　　
　　根據分析（xī），在閥門執行機構上增設一（yī）個阻尼（ní）機構，使之在接近關閉行程的最後20%範圍內發揮作用，讓閥門分程緩關閉。也就是說，在關閥行程的0~80%範圍內，此阻尼機構不起作用，以保證閥（fá）門有良好的動作靈敏性（xìng），而（ér）在最後的20%關閥行程中分為2級阻尼，使之越到接（jiē）近全關的位置，阻尼越強（qiáng）烈，消除了流速瞬變造成的水擊（jī）危害根源，其中2級阻尼的強度可以用針閥調節，便於根（gēn）據不同的閥門（mén）和過程對象，選擇最佳阻尼（ní），達到防水擊的最好效果。
　　
　　四、處理措施
　　
　　用於石油化工行業的閥門及（jí）其執行機構的類型很多（duō）.比如（rú）氣動薄膜式（shì）調節閥（fá）就（jiù）有執行機構（gòu）正作用式、反作用式和閥體正（zhèng）裝式、反裝式等多種組合。由於防水擊阻尼機構必須在關閥行程的末端起作用，所以應（yīng）根據組合情況裝於執行（háng）機構的某（mǒu）個適當位置，其結構略有不（bú）同（tóng）（圖1）。
　　
　　如圖2所示（shì），防水（shuǐ）擊裝置的活塞固定（dìng）在閥杆上並（bìng）浸（jìn）泡（pào）在阻尼液中，缸體上部直徑大於下部直徑。在（zài）調節閥（fá）行程的80%範圍內，此（cǐ）閥杆的動作未受阻尼。當活塞移動到關閉方向的最後20%行程時，進入小直徑段，必須將阻尼液從2個回流通道壓出，活塞才（cái）能下移。阻（zǔ）尼液回流的速度（dù）可（kě）以用2個阻尼（ní）針閥調整，於是在關閥行程最後20%~15%間（jiān）閥杆受到一級阻尼。在進（jìn）入關閥（fá）行程的最後5%時，一級（jí）回流通道被封閉，剩餘的（de）阻尼（ní）液隻（zhī）能經二級回流通道回流（liú），所以閥（fá）的移動速（sù）度進一步降低，緩慢完（wán）成最後的關閉行程。開閥行程與之相反。由於阻尼（ní）液的補充速度受限，在由（yóu）關閉到開啟5%的行程（chéng）內閥杆的動作最慢，在其（qí）後（hòu）15%行程內阻尼（ní）減小，動作加快，在後麵的80%行程，不（bú）受阻尼影響。這樣通過2級阻尼，達到使閥門分程緩開閉的效果。
　　
　　阻尼（ní）液可以采（cǎi）用變壓器油、透平油（yóu）或矽油等粘度適中，性（xìng）能穩定，適用溫度範圍寬的液體（tǐ）。整個（gè）緩閉裝置體積不大（dà），可以安裝在閥門的（de）填料（liào）函上，裝卸方便。為了防（fáng）止沿閥杆填料滲漏出來的少量輸送液汙染阻（zǔ）尼液，設置了排（pái）放口。阻尼針閥上有鎖緊裝置，調好後可（kě）以（yǐ）鎖定。活（huó）塞與缸體的配合麵增加了一定（dìng）的加工難（nán）度（dù），但此（cǐ）結構並不需要太（tài）高（gāo）的精度，即使活塞與缸體間有一定的（de）泄漏時仍（réng）能保證足夠的阻尼作用。
　　
　　五、結論
　　
　　將防水擊裝置安裝（zhuāng）到DN100mm氣動薄膜（mó）調節閥上作了對比試（shì）驗。試驗結果表明，加（jiā）裝分程緩開閉裝（zhuāng）置的效果十（shí）分明顯。在係統壓力為0.5MPa時，不使用分程緩閉裝（zhuāng）置的調節（jiē）閥，突然關閥時產生的水擊壓力（lì）峰（fēng）值約為3.2MPa。使用了分程緩閉裝置的調節閥，在同樣條件的水（shuǐ）擊壓力峰值為1.2MPa。在調節閥最後（hòu）的5%關（guān）閉行程內，動態響應速度（dù）有所下降，但不（bú）影響工業生產（chǎn）的正常使用要求。
　　
　　綜（zōng）上所述，使用分程緩開閉裝置（zhì）改裝而成（chéng）的防水擊閥門執行機（jī）構，能夠在不影（yǐng）響閥門主行程靈敏性的前提下，阻尼關閥行程的最後部分，使直接水擊（jī）變為間（jiān）接水擊.有效地減小了水擊壓頭，對保證係（xì）統的安全運行有重要作用。該裝置成本低（dī），結構簡單（dān），便於安裝使用，稍加修改設計，即可製成係列產品，適（shì）用於（yú）不同結構與（yǔ）不同尺寸的閥門執行機構。