水力組合式減壓閥設(shè)計(jì)規(guī)范

 結(jié)合水力減壓閥在供水管網(wǎng)中的應(yīng)用實(shí)例，考察了其使用效果和穩(wěn)定性，以及管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的變化。結(jié)果表明水力減壓閥能夠穩(wěn)定控制閥后壓力并平衡管網(wǎng)壓力，調(diào)節(jié)精度高，實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)水效果，且具有較高的投入產(chǎn)出性?xún)r(jià)比。主要由主閥、控制導(dǎo)閥、過(guò)濾器、針閥、球閥及旁通管道節(jié)流部分等組成和。上海一環(huán)生產(chǎn)的組合式減壓閥適用于溫≤80℃的水及非腐蝕性液體(汽油、煤油)和氣體等需要降低到一定范圍的設(shè)備和管路系統(tǒng)上,通過(guò)調(diào)節(jié)將進(jìn)口壓力降低至某一需要的出口壓力值。當(dāng)進(jìn)口力或流量發(fā)生變化時(shí),靠介質(zhì)本身的能量可自動(dòng)保持出口壓力在一定的范圍內(nèi)。

供水企業(yè)對(duì)供水管網(wǎng)漏損管理的重視程度日益提高，尤其是水資源匱乏的城市，解決管網(wǎng)漏損和節(jié)約水資源等問(wèn)題迫在眉睫。為了加快達(dá)成“水十條"要求的目標(biāo)，快速實(shí)現(xiàn)節(jié)水，降低漏損率，采用壓力控制手段是解決問(wèn)題的有效途徑之一。與使用閘閥或蝶閥進(jìn)行壓力控制相比，水力減壓閥具有更強(qiáng)的快速節(jié)水效果、平衡管網(wǎng)壓力、減少爆管、延長(zhǎng)管網(wǎng)使用壽命等優(yōu)勢(shì)，能穩(wěn)定、精準(zhǔn)調(diào)壓，降低漏失率。水力減壓閥控制閥后的壓力波動(dòng)越小，說(shuō)明減壓閥的性能越好。水力減壓閥使用卷簾式隔膜，能夠在低流量下精準(zhǔn)調(diào)壓，使管網(wǎng)正常運(yùn)行。市場(chǎng)上的減壓閥品牌眾多，良莠不齊，節(jié)水效果也不同。筆者研究了適合供水管網(wǎng)實(shí)施壓力控制的減壓閥應(yīng)該具備的性能，并分析了水力減壓閥性能對(duì)壓力控制的影響。

1 水力組合式減壓閥設(shè)計(jì)規(guī)范的節(jié)水效果與管網(wǎng)運(yùn)行

某區(qū)域有2個(gè)DN600入水口，其上游管道為同一條DN1200的管道。該區(qū)域供水服務(wù)面積約為10 km2，供水服務(wù)人口約為26.8萬(wàn)，用水戶約為10萬(wàn)，管線總長(zhǎng)為215 km，以球墨鑄鐵管為主。該區(qū)域在水廠附近，管網(wǎng)壓力較高，有冗余水頭。為實(shí)現(xiàn)區(qū)域精細(xì)化壓力管理，平衡區(qū)域壓力，延長(zhǎng)管網(wǎng)資產(chǎn)壽命，采取壓力控制策略。由于管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和水力工況復(fù)雜，2個(gè)入水口直線距離相距2 km，增加了壓力控制的難度。選擇品水力減壓閥，圖1中圓點(diǎn)表示減壓閥的安裝位置，三角形表示壓力監(jiān)測(cè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

基本性能：

（1） 減壓閥調(diào)壓范圍：它是指減壓閥輸出壓力P2的可調(diào)范圍，在此范圍內(nèi)要求達(dá)到規(guī)定的精度。調(diào)壓范圍主要與調(diào)壓彈簧的剛度有關(guān)。 

（2） 減壓閥壓力特性：它是指流量g為定值時(shí)，因輸入壓力波動(dòng)而引起輸出壓力波動(dòng)的特性。輸出壓力波動(dòng)越小，減壓閥的特性越好。輸出壓力必須低于輸入壓力—定值才基本上不隨輸入壓力變化而變化。

（3） 減壓閥流量特性：它是指輸入壓力—定時(shí)，輸出壓力隨輸出流量g的變化而變化的持性。當(dāng)流量g發(fā)生變化時(shí)，輸出壓力的變化越小越好。一般輸出壓力越低，它隨輸出流量的變化波動(dòng)就越小。

2 水力組合式減壓閥設(shè)計(jì)規(guī)范在低流量下的穩(wěn)定性

某市城中村A村的供水管道老化，腐蝕嚴(yán)重。供水管道私拉亂接、隨意占公共管道情況嚴(yán)重，巡查難度大，漏點(diǎn)定位困難，爆管事件較多，檢修難以及時(shí)有效進(jìn)行，影響管網(wǎng)壓力。管網(wǎng)改造資金短缺、房屋老舊、住房密集等因素，導(dǎo)致改造難度加大。通過(guò)投入產(chǎn)出比的分析，采用壓力控制手段解決問(wèn)題。

由主閥、控制導(dǎo)閥、過(guò)濾器、針閥、球閥及旁通管道節(jié)流部位等組成。適用于溫度≤80℃的水及非腐蝕性液體（汽油）和氣體等需要降低到一定范圍的設(shè)備和管路系統(tǒng)上，通過(guò)調(diào)節(jié)將進(jìn)口壓力降低至某一需要的出口壓力值。當(dāng)進(jìn)口力或流量發(fā)生變化時(shí)，靠介質(zhì)本身的能量可自動(dòng)保持出口壓力在一定的范圍內(nèi)。

水力組合式減壓閥設(shè)計(jì)規(guī)范工作原理：

   當(dāng)調(diào)節(jié)彈簧處于自由狀態(tài)時(shí)，主閥和導(dǎo)閥呈關(guān)閉狀態(tài)。擰動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘，由介質(zhì)推開(kāi)導(dǎo)閥，同時(shí)進(jìn)入主閥橡膠薄膜腔室與調(diào)節(jié)彈簧的壓力保持平衡，進(jìn)入主閥橡膠薄膜腔室，使橡膠膜片向上，主閥打開(kāi)，介質(zhì)流向出口（此時(shí)截止閥打開(kāi)，保持腔室一定的壓力），出口介質(zhì)再反饋至橡膠薄膜上方腔室和導(dǎo)閥下方腔室。當(dāng)出口壓力時(shí)，導(dǎo)閥的膜片上移，導(dǎo)閥開(kāi)度減少，使腔室的介質(zhì)壓力下降，同時(shí)腔室壓力下降，主閥橡膠薄膜下移，主閥的開(kāi)度減小，出口壓力下降，達(dá)到新的平衡；反之亦然。

最初投入品牌水力減壓閥，根據(jù)該村用戶的用水習(xí)慣和臨時(shí)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)尤其在低流量時(shí)段，水力減壓閥仍能夠保證閥后壓力穩(wěn)定，調(diào)壓精確，未出現(xiàn)因減壓閥無(wú)法啟動(dòng)造成的停水事件。平均日節(jié)水量為1 000 m3，年節(jié)水量為136×104 m3，投資回收期為3個(gè)月。壓力控制前后所對(duì)應(yīng)的半年維修量分別為239和21處，減少了爆管事件和維修工單，提高了用戶滿意度。

3 水力組合式減壓閥設(shè)計(jì)規(guī)范在未調(diào)壓狀態(tài)下的水頭損失

水力減壓閥安裝后，會(huì)讓其穩(wěn)定一段時(shí)間再進(jìn)行調(diào)壓工作，以排除設(shè)備本身引起的管網(wǎng)運(yùn)行異常。在這段期間，減壓閥處于未調(diào)壓工作狀態(tài)，即全開(kāi)狀態(tài)。以甲DMA為例，該DMA日用水量為530 m3/d，時(shí)用水量為36.56 m3/h，入口安裝DN200的品牌B水力減壓閥，采取固定輸出壓力控制法，壓力策略制定為30 mH2O。圖5所示為減壓閥在全開(kāi)狀態(tài)下的水頭損失情況?？梢钥闯?，由于減壓閥未進(jìn)行調(diào)整，所以閥后壓力即是設(shè)備本身的水頭損失后的壓力。該品牌的減壓閥在此管網(wǎng)水力工況下，水頭損失平均為5.13 mH2O。管網(wǎng)水力工況與甲DMA相似，該DMA日用水量為542 m3/d，時(shí)用水量為35.98 m3/h，入口安裝DN200的品牌X水力減壓閥，采取固定輸出壓力控制法，壓力策略制定為30 mH2O。減壓閥全開(kāi)狀態(tài)下的運(yùn)行情況如圖6所示，該設(shè)備的平均水頭損失為2.01 mH2O。

水力組合式減壓閥設(shè)計(jì)規(guī)范主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo):

水力組合式減壓閥設(shè)計(jì)規(guī)范主要零件材料：

4 水力組合式減壓閥設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)備故障分析

以丙DMA為例，該DMA日用水量為950 m3/d，時(shí)用水量為68.56 m3/h，入口安裝DN200的品牌C水力減壓閥，采取固定輸出壓力控制法，壓力策略制定為30 mH2O。平均每隔1個(gè)月減壓閥會(huì)出現(xiàn)故障。維修正常后，閥后壓力波動(dòng)也隨著時(shí)間幅度不斷增大。2015年12月重新更換減壓閥主要部件后運(yùn)行至今，壓力波動(dòng)穩(wěn)定。已在200個(gè)區(qū)域或DMA投入使用，穩(wěn)定運(yùn)行最長(zhǎng)時(shí)間為5年，僅發(fā)生1例減壓閥故障維修事件：DN400管道供水的區(qū)域?qū)嵤毫刂?，由于閥前后壓差比較大(2 ∶1)，導(dǎo)致該區(qū)域更換了運(yùn)行3.5 a后的隔膜。

水力組合式減壓閥設(shè)計(jì)規(guī)范選用：

根據(jù)使用要求選定減壓閥的類(lèi)型和調(diào)壓精度，再根據(jù)所需大輸出流量選擇其通徑。決定閥的氣源壓力時(shí)，應(yīng)使其大于高輸出壓力0．1MPa。減壓閥一般安裝在分水濾氣器之后，油霧器或定值器之前，并注意不要將其進(jìn)、出口接反；閥不用時(shí)應(yīng)把旋鈕放松，以免膜片經(jīng)常受壓變形而影響其性能。一種利用水壓進(jìn)行自我調(diào)節(jié)的減壓閥穩(wěn)壓閥，在進(jìn)口壓力和流量產(chǎn)生變化的時(shí)候保持出口的壓力和流量穩(wěn)定。其實(shí)現(xiàn)自力控制，調(diào)試簡(jiǎn)單，運(yùn)行可當(dāng)管道流量為0的時(shí)候，減壓閥進(jìn)入全關(guān)閉狀態(tài)，閥后壓力保持低壓（可減靜壓） 如圖所示:當(dāng)P1變化時(shí)減壓閥的出口首先表現(xiàn)為P2±△P2通過(guò)反饋系統(tǒng)出口管傳到控制閥，使Pt=Pk±△P2；從而L發(fā)生相應(yīng)變化，導(dǎo)致±△Pe的變化，經(jīng)壓力導(dǎo)管導(dǎo)致Pk的相應(yīng)變化，Pt與Pk達(dá)到新的平衡，主閥的過(guò)流面積H相應(yīng)變化，因此，P1變化，而通過(guò)H的流量不變。P2始終是原整定的低壓值。當(dāng)流量變化時(shí)，減壓閥自我調(diào)節(jié)工作原理也如同上。

5 水力組合式減壓閥設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)論

① 從供水管網(wǎng)流量到接近于零流量的工況下，水力減壓閥調(diào)節(jié)過(guò)程平穩(wěn)，壓力穩(wěn)定，調(diào)壓精確。

② 采用閘閥或蝶閥進(jìn)行壓力控制時(shí)，在高峰用水階段管網(wǎng)水頭損失較大，管網(wǎng)壓力不平衡。水力減壓閥能夠穩(wěn)定控制閥后壓力并平衡管網(wǎng)的壓力，調(diào)節(jié)精度高，快速實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)水效果。同時(shí)，投入產(chǎn)出的性?xún)r(jià)比較高。

③ 水力減壓閥能夠保證調(diào)壓過(guò)程的穩(wěn)定性，尤其是在低流量下的穩(wěn)定性。水力減壓閥在低流量時(shí)不會(huì)因開(kāi)度太小而產(chǎn)生震動(dòng)，或出現(xiàn)無(wú)法啟動(dòng)的情況，避免了管道因震動(dòng)產(chǎn)生滲漏、損壞等情況。對(duì)于性能比較差的水力減壓閥，需要在主管道旁安裝低流量旁通調(diào)節(jié)閥，以保障低峰時(shí)段的用水需求，但壓力調(diào)控效果較差，安裝空間要求大，土建和設(shè)備成本高。

④ 水力減壓閥的閥體、導(dǎo)向閥軸、閥體、導(dǎo)閥、閥座、密封件等主要部件選擇的安全材質(zhì)和設(shè)計(jì)理念，以及選擇的涂層涂料等，都會(huì)影響減壓閥的工作性能和使用壽命。

⑤ 水力減壓閥具備操作簡(jiǎn)便、可靠性高、提供現(xiàn)場(chǎng)便捷的維修性能，降低了維護(hù)成本費(fèi)用以及減壓閥損壞帶來(lái)的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失。