1450六辊轧机工艺润滑系统的水锤及水锤防护

马 旻，艾春璇，甄永富，辛静泰

(中国重型机械研究院有限公司，陕西 西安 710032)

1 前言

六辊轧机工艺润滑系统是用来润滑轧辊、冷却轧辊和带材的。六辊轧机工艺润滑系统通过三个气动蝶阀来控制乳化液的喷射。在实际使用过程中，不少工艺润滑系统的气动蝶阀开闭时会发出闷响，产生管道颤动，破坏阀门及法兰的密封，严重影响工艺润滑系统的正常工作。本文介绍了水锤现象产生的机理，通过分析计算提出解决水锤冲击的方法。

2 水锤现象产生的机理及危害

水锤效应是指给水泵在起动和停车时，水流冲击管道，产生的一种严重水击。由于在水管内部，管内壁是光滑的，水流动自如，当打开的阀门突然关闭或给水泵停车，水流对阀门及管壁，主要是阀门或泵会产生一个压力。由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，水力迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。相反，关闭的阀门在突然打开或给水泵启动后，也会产生水锤，叫负水锤。

水锤有两种类型:直接水锤和间接水锤。水锤波在管道中传播一个来回的时间为t。当阀门开/闭的时间ts≤t时，反射回来的水锤波尚未到达阀门之前，阀门开度变化已经终止，水管末端的水锤压力只受开度变化直接引起的水锤波的影响，这种水锤称为直接水锤。当ts＞t时，阀门关闭过程中，反射回来的水锤波到达阀门时，阀门没有完全关闭，水锤波所产生的压强增值受到干扰，水锤的峰值被消减，这种水锤称为间接水锤。直接水锤比间接水锤危害大的多，所以一般通过调整阀门的开闭时间来避免直接水锤，降低间接水锤。

由水锤产生的瞬时压强可达管道中正常工作压强的几十倍甚至于数百倍。这种大幅度压强波动，可导致管道系统强烈振动和噪声，并破坏阀门及法兰的密封，使乳化液泄漏，造成环境污染;增加成本和维护的工作量，严重影响工艺润滑系统的正常工作。

3 水锤计算及水锤防护

1450 mm六辊轧机工艺润滑原理如图1所示。工艺润滑流量 480m3/h，工作压力0.4 MPa，管道直径Φ300 mm，管道长度50 m，液体平均流速1.9 m/s。

图1 工艺润滑系统图Fig.1 Diagram of process lubrication system

(1)避免直接水锤的最小时间t

式中，L管道长度，m;a水锤波的传播速，m/s。

式中，K为水的体积弹性模量，一般取2.06×103MPa;E为管壁材料的纵向弹性模量(钢衬E=2.06×105 MPa，铸铁 E=0.98×105 MPa，混凝土E=2.06×104 MPa);g为重力加速度;D为管道内径;δ为管壁厚度; ■Kg/γ为声波在水中的传播速度，随水温度和压力的升高而加大，一般可取为1 435 m/s。

(2)直接水锤增压值计算△P

式中，P0为水锤产生前压力;P为水锤产生峰值压力;v0为水锤产生前管道中平均流量，m/s;v为水锤产生后管道中平均流量，m/s;ΔP=

(3)合算阀门开/闭的时间ts

间接水锤增压值△P1

根据式(4)阀门开/闭的时间tS延长，间接水锤增压值△P1减小，当工艺润滑管道压力波动小于15%时，不会损坏阀门及管道颤动由于管道压力P=4 MPa，间接水锤增压值△P1＜0.06 MPa

当气动蝶阀关闭时间ts＞3.2 s，工艺润滑管道压力波动小于15%

可以看出，要防止水锤现象的产生，首先需要控制液体在管道中的流速;其次需要避免猛烈的关闭阀门;还可以在管道上增加可吸收冲击的防水锤器。

(4)六辊轧机工艺润滑系统水锤防护

对于本系统可以通过合理的安排三个蝶阀开闭的顺序，降低阀门开闭时管道的流速，减少管道的冲击。例如:当工艺润滑需要左侧喷液时，旁通蝶阀C在开启状态，首先蝶阀A开启，完毕后再关闭蝶阀C;当需要左侧停止喷液时，首先蝶阀C开启，完毕后再关闭蝶阀C。工艺润滑右侧的控制与左侧一致。可通过工艺润滑延长蝶阀的开闭时间，有效的减小冲击。

4 结束语

按照计算通过调节气动蝶阀的供气压力和流量，将工艺润滑管道上蝶阀的开闭时间延长后，气动蝶阀开闭时的闷响消失，消除了管道的颤动，从而有效的解决了水锤冲击和管道振动。

［1］ 王学芳，叶宏开，汤荣铭，等．工业管道中的水锤［M］．北京:北京科学出版社，1995．

［2］ 刘竹溪，刘光临．泵站水锤及其防护［M］．北京:水利电力出版社，1988．