馬 旻，艾春璇，甄永富，辛靜泰

(中國重型機械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 前言

六輥軋機工藝潤滑系統(tǒng)是用來潤滑軋輥、冷卻軋輥和帶材的。六輥軋機工藝潤滑系統(tǒng)通過三個氣動蝶閥來控制乳化液的噴射。在實際使用過程中，不少工藝潤滑系統(tǒng)的氣動蝶閥開閉時會發(fā)出悶響，產(chǎn)生管道顫動，破壞閥門及法蘭的密封，嚴重影響工藝潤滑系統(tǒng)的正常工作。本文介紹了水錘現(xiàn)象產(chǎn)生的機理，通過分析計算提出解決水錘沖擊的方法。

2 水錘現(xiàn)象產(chǎn)生的機理及危害

水錘效應(yīng)是指給水泵在起動和停車時，水流沖擊管道，產(chǎn)生的一種嚴重水擊。由于在水管內(nèi)部，管內(nèi)壁是光滑的，水流動自如，當打開的閥門突然關(guān)閉或給水泵停車，水流對閥門及管壁，主要是閥門或泵會產(chǎn)生一個壓力。由于管壁光滑，后續(xù)水流在慣性的作用下，水力迅速達到最大，并產(chǎn)生破壞作用，這就是水利學(xué)當中的“水錘效應(yīng)”，也就是正水錘。相反，關(guān)閉的閥門在突然打開或給水泵啟動后，也會產(chǎn)生水錘，叫負水錘。

水錘有兩種類型:直接水錘和間接水錘。水錘波在管道中傳播一個來回的時間為t。當閥門開/閉的時間ts≤t時，反射回來的水錘波尚未到達閥門之前，閥門開度變化已經(jīng)終止，水管末端的水錘壓力只受開度變化直接引起的水錘波的影響，這種水錘稱為直接水錘。當ts＞t時，閥門關(guān)閉過程中，反射回來的水錘波到達閥門時，閥門沒有完全關(guān)閉，水錘波所產(chǎn)生的壓強增值受到干擾，水錘的峰值被消減，這種水錘稱為間接水錘。直接水錘比間接水錘危害大的多，所以一般通過調(diào)整閥門的開閉時間來避免直接水錘，降低間接水錘。

由水錘產(chǎn)生的瞬時壓強可達管道中正常工作壓強的幾十倍甚至于數(shù)百倍。這種大幅度壓強波動，可導(dǎo)致管道系統(tǒng)強烈振動和噪聲，并破壞閥門及法蘭的密封，使乳化液泄漏，造成環(huán)境污染;增加成本和維護的工作量，嚴重影響工藝潤滑系統(tǒng)的正常工作。

3 水錘計算及水錘防護

1450 mm六輥軋機工藝潤滑原理如圖1所示。工藝潤滑流量 480m3/h，工作壓力0.4 MPa，管道直徑Φ300 mm，管道長度50 m，液體平均流速1.9 m/s。

圖1 工藝潤滑系統(tǒng)圖Fig.1 Diagram of process lubrication system

(1)避免直接水錘的最小時間t

式中，L管道長度，m;a水錘波的傳播速，m/s。

式中，K為水的體積彈性模量，一般取2.06×103MPa;E為管壁材料的縱向彈性模量(鋼襯E=2.06×105 MPa，鑄鐵 E=0.98×105 MPa，混凝土E=2.06×104 MPa);g為重力加速度;D為管道內(nèi)徑;δ為管壁厚度; ■Kg/γ為聲波在水中的傳播速度，隨水溫度和壓力的升高而加大，一般可取為1 435 m/s。

(2)直接水錘增壓值計算△P

式中，P0為水錘產(chǎn)生前壓力;P為水錘產(chǎn)生峰值壓力;v0為水錘產(chǎn)生前管道中平均流量，m/s;v為水錘產(chǎn)生后管道中平均流量，m/s;ΔP=

(3)合算閥門開/閉的時間ts

間接水錘增壓值△P1

根據(jù)式(4)閥門開/閉的時間tS延長，間接水錘增壓值△P1減小，當工藝潤滑管道壓力波動小于15%時，不會損壞閥門及管道顫動由于管道壓力P=4 MPa，間接水錘增壓值△P1＜0.06 MPa

當氣動蝶閥關(guān)閉時間ts＞3.2 s，工藝潤滑管道壓力波動小于15%

可以看出，要防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，首先需要控制液體在管道中的流速;其次需要避免猛烈的關(guān)閉閥門;還可以在管道上增加可吸收沖擊的防水錘器。

(4)六輥軋機工藝潤滑系統(tǒng)水錘防護

對于本系統(tǒng)可以通過合理的安排三個蝶閥開閉的順序，降低閥門開閉時管道的流速，減少管道的沖擊。例如:當工藝潤滑需要左側(cè)噴液時，旁通蝶閥C在開啟狀態(tài)，首先蝶閥A開啟，完畢后再關(guān)閉蝶閥C;當需要左側(cè)停止噴液時，首先蝶閥C開啟，完畢后再關(guān)閉蝶閥C。工藝潤滑右側(cè)的控制與左側(cè)一致?？赏ㄟ^工藝潤滑延長蝶閥的開閉時間，有效的減小沖擊。

4 結(jié)束語

按照計算通過調(diào)節(jié)氣動蝶閥的供氣壓力和流量，將工藝潤滑管道上蝶閥的開閉時間延長后，氣動蝶閥開閉時的悶響消失，消除了管道的顫動，從而有效的解決了水錘沖擊和管道振動。

［1］ 王學(xué)芳，葉宏開，湯榮銘，等．工業(yè)管道中的水錘［M］．北京:北京科學(xué)出版社，1995．

［2］ 劉竹溪，劉光臨．泵站水錘及其防護［M］．北京:水利電力出版社，1988．