1 前言
麻家砭水库泵站为金堆城矿区供水系统的一级泵站，泵站建成投运30余年，供水能力已不能满足现阶段矿区用水需求，设备及管道附属配套设施老化，故障频繁，主要体现在各类控制阀门泄露、启闭不畅、操作繁琐。通过泵站扩容升级改造，一方面提升泵站供水能力，满足矿区用水需求；另一方面引进各类新型控制阀门， 减少泄露，简化操作，降低员工劳动强度。本文着重介绍泵站升级改造过程，控制阀门的选择与应用对提升泵站效率、提高运行安全可靠性的作用。
2 泵站改造存在的问题
2012年麻家砭水库泵站进行了扩容升级改造，由原来7台155kW多级离心泵并联运行改造为4台355kW卧式双吸离心泵并联运行，泵站输水能力由原来的1750m3/h提升到2150m3/h，对泵站机组相应的进出水管道和阀门进行了改造和更换。
原有离心泵出口均装有手动闸阀和止回阀，通过控制操作满足水泵轻载启动的要求，停泵后防止水倒流并消除水锤对机组的影响。在水泵启停过程中，手动闸阀依靠人工操作，启闭时间长，工作量大，且由于启闭频繁，法兰经常漏水；原止回阀没有缓闭功能，在突然断电停泵时，逆止阀板快速关闭，具有较大的水锤冲出，止回阀经常出现故障。另外，由于在原泵房内进行改造，扩容升级后的水泵进出水管道管径增加，进出水管由原来的DN250分别增加为DN450和DN400，相应的阀门安装尺寸加大，无法在原有泵房内合理布置管道及阀门。
以上现象是老泵站普遍存在的问题，过去经常采用的改造方法是对手动闸阀安装电动机构，或直接改为电动闸阀，将原有的止回阀更换为缓闭止回阀。这种方法对于泵站的安全稳定运行还存在不足：①无法解决因突然停电、电动控制阀不能及时关闭造成输水管路中水倒流对水泵出水管路系统的冲击，止回阀关闭不严造成水倒流水泵叶轮反转；②由于电动机构的增加，经常操作，故障点增多，容易出现故障；③由于闸阀及止回阀体积较大，安装尺寸长，还是无法解决泵站改造时附属管路系统扩径后，管道及阀门的合理布置问题。
3 泵站改造阀门的选择
针对泵站改造过程中存在的问题，对水泵机组附属管道阀门进行了比较选择，水泵出口采用新型多功能水泵控制阀，该阀集合了闸阀、止回阀、水锤消除器功能；进出水管道检修阀门采用三偏心硬质密封蝶阀，减小阀门安装尺寸。通过以上手段，解决了麻家砭水库泵站遗留及改造过程中的问题，提高了泵站运行的安全可靠性，降低员工劳动强度与误操作，优化了泵房内管道布局，改善了工作环境。
3.1 多功能水泵控制阀简介
麻家砭水库泵站选用的SJDH745X多功能水泵控制阀，是一种新型水力自控阀门，无需人工或电力驱动。在水泵启停过程中，自动缓开、缓闭、满足电机轻载启动、防止止输水管路中介质倒流，减小水锤冲击，改造中可以替换水泵出口控制闸阀和止回阀。
3.1.1 结构组成
多功能水泵控制阀分为主阀和外装附件两部分。主阀由阀体、主阀板、缓闭阀板、压板及膜片、阀杆等部件组成。外装附件由安装在阀门隔膜室与阀门进、出水管上的两根连接管路组成，连接管上装设过滤器和控制阀。通过调整外装附件连接管路上的控制阀，可以控制阀板的启闭时间，达到自动控制阀门缓开缓闭的目的，见图1。
图1 多功能水泵控制阀构造图
3.1.2 工作原理
多功能水泵控制阀是利用液压双腔膜片控制器，来控制主阀板和缓闭阀板轻柔缓慢启闭动作。其工作过程如下。水泵启动前，主阀板在自重和弹簧的作用下，处于关闭状态，缓闭阀板由于阀后的压力水进入膜片控制器上腔，产生向下压力，也处于关闭状态，此时阀门关闭。水泵启动后，随着泵口出水压力的不断增加，进入控制阀的压力水一部分经过主通道产生向上推动主阀板的力，主阀板逐渐开启，另一部分压力水通过外装附件连接管上的控制阀和过滤器进入膜片控制器下腔，推动膜片向上运动，带动缓闭阀板缓慢开启，完成多功能控制阀的整个缓开过程，保证了水泵的轻载启动。
当水泵停车后，控制阀中过流的介质流速迅速减小，直至为零。阀杆上套装的主阀板在自重和弹簧的作用下，迅速关闭，此时，缓闭阀板尚未关闭，阀后倒流水通过主阀板设置的泄流孔少量回流至出水管道，从而减小水锤冲击力。主阀板关闭后，阀前进水端失压，阀后回流水通过控制阀外装附件出口侧连接管路进入膜片控制器上腔，使压板产生向下的力，促使同杆的缓闭阀板缓慢关闭，阻止介质倒流，消除水锤现象。
多功能水泵控制阀主要性能参数见表1。
表1 多功能水泵控制阀主要性能参数
3.2 三偏心硬质密封蝶阀简介
泵站改造后水泵多功能控制阀后端出水管道及水泵进水管道检修阀门采用D343H三偏心硬质密封蝶阀。该阀采用三偏心密封结构，即转轴中心与阀板密封面和阀体中心线、密封面中心与流道中心线均设计为偏心。阀座与蝶板依靠挤压起到密封作用，而且越关越紧，阀座与蝶板不产生摩擦，因此密封面也不会磨损。通常这类蝶阀采用不锈钢密封圏，既具有金属硬密封，耐高温特点，又具有弹性密封，密封性好的特点，克服了普通蝶阀应用的局限性，适用介质范围广，使用寿命长。通常用于介质温度《425的工作环境中作流量调节和截断流体使用，见图2。
图2 三偏心硬质密封蝶阀构造图
三偏心硬质密封蝶阀主要性能参数见表2。
表2 三偏心硬质密封蝶阀主要性能参数
4 泵站改造阀门的应用
4.1 阀门的选用
多功能水泵控制阀和三偏心硬质密封蝶阀的选用都非常简单，只要根据水泵机组附属管路的工作压力和口径选用即可。
如麻家砭水库泵站升级改造后的离心泵为4台SOW200-670A单级双吸卧式离心泵，水泵工作压力1.26MPa，因此，选用了4只工作压力为2.5MPa的DN400多功能水泵控制阀。检修阀门水泵出水管选用4只2.5MPa的DN400蝶阀，进水管道选用4只1.0MPa的DN450蝶阀。
4.2 阀门的安装
由于多功能水泵控制阀结构简单，DN500口径以下该阀门的安装长度与缓闭止回阀的安装长度相同，在不增加或改变原有设计情况下， 只要将原设计止回阀位置换成多功能水泵控制阀即可，并按照阀体上标明的上下、前后流体方向，安装在水平管道上。
作为检修阀门的三偏心硬质密封蝶阀，轴向安装长度约为普通闸阀的
，大大节约安装空间，利于泵房管道布置。由于采用了三偏心结构，蝶阀为双向密封，即可在任意方向安装，不受流向和安装位置的限制。
麻家砭水库泵站改造历时3天安装完成4只多功能水泵控制阀和8只蝶阀，调试后投入生产使用。
检修蝶阀平时为常开状态，只有在检修水泵机组或多功能水泵控制阀时关闭，截断流体，以便放空管道检修。由于检修蝶阀自身密封性良好，并且使用功能发生了变化，启闭次数大为减少，阀门本体及法兰漏水的问题也得到了有效控制。
泵站管路系统阀门安装如图3所示。
图3 泵站阀门安装示意图
4.3 运行数据统计
麻家砭水库泵站从2012年12月10日开始使用改造后的各类控制阀，至今已运行一年多时间，由于检修蝶阀只在检修时使用，偶尔水泵出口蝶阀用作流量调节阀使用，开关次数很少，在此只统计分析多功能水泵控制阀的实际运行数据。
控制阀已累计使用时间和开、停次数如表3。
表3 控制阀累计使用时间和开、停次数
注：麻家砭水库泵站4台机组设计为3用1备，由于矿区用水量小于泵站供水能力，在实际生产中一般运行两台泵，4台泵分为两组，每15天倒换运行。
控制阀的自动开启、关闭时间如表4。
表4 控制阀的自动开启、关闭时间
控制阀运行时阀前和阀后的压差如表5。
表5 控制阀运行时阀前和阀后的压差
5 泵站改造后阀门使用数据分析和结论
（1）麻家砭水库泵站改造至今已运行一年多，更换安装的4只多功能水泵控制阀累计运行19849h，启闭阀次数共计377次，未出现任何故障，说明该控制阀运行稳定可靠。8只检修蝶阀启闭无漏水现象，起到检修停水截断作用，并且水泵出口蝶阀可在开启45°范围内作为流量调节阀使用。
（2）水泵启动时，泵出口压力显示为1.35-1.4MPa，经过35s左右的时间缓缓降至1.3MPa，待正常工作时上述各多功能水泵控制阀的阀前压力为1.3MPa，阀后压力则为1.28-1.29MPa不等，说明控制阀前后端的压差在0.01-0.02MPa，控制阀运行压力损失小于止回阀。
（3）用多功能水泵控制阀更换水泵出口闸阀和止回阀，可以满足离心泵闭阀启动要求，降低水泵电机启动负载；该阀不需额外动力驱动，完全依靠水自控启闭，不仅解决了因突然停电造成输水管路介质回流产生的水锤冲击和水泵反转，而且有效降低了职工的劳动强度，简化操作。
（4）多功能水泵控制阀和三偏心硬质密封蝶阀、安装、调试和维护非常简便，不需增加额外的附件，节省安装间，利于泵房内管道及设备布置。
此次应用实践表明，SJDH745X型多功能水泵控制阀是一种集闸阀、止回阀、水锤消除器于一体的高效水力自控阀门，无需外加驱动，根据水泵运行状态的变化自动启闭，水力损失小，结构简单，一次调整到位后，后期无需调整，维护管理非常简便，安全可靠性高；利用蝶阀安装长度小的特点，代替闸阀作为检修阀，节省安装空间，在老泵站改造过程中，能够更合理的布置管道及设备。上述两种阀门的应用不仅彻底解决了麻家砭水库泵站所存在的问题，而且效果显著。此外，由于多功能水泵控制阀的特点，为后期泵站实现自动化控制创造了有利条件。
