VAG调流阀的设计选型

范建强

(辽宁省大伙房水库输水工程建设局， 辽宁 沈阳 110166)

VAG调流阀的设计选型

范建强

(辽宁省大伙房水库输水工程建设局， 辽宁 沈阳 110166)

调流阀在大伙房水库输水工程的重力流运行调度过程中起到了非常重要的作用，其独特的环形流线进口、轴向收缩出口消能部件结构，确保了工程运行投入的充水调度、初期供水的高压消能、中期供水的流量调配的需要，是工程安全有序运行的重要设备。本文从工程设计的角度出发，对VAG调流阀的公称压力等级PN值、出口形式、通径大小、阀门系列等重要参数进行了详尽分析，并确立了这些参数的计算及优化设计依据，以期为工程设计确立最优的调流阀型号以及为类似工程提供重要的借鉴参考。

VAG调流阀；结构；选型

1 引 言

大伙房水库输水工程是一项跨流域的调水工程，具有供水目标多、供水流量大、运行工况极为复杂的特点，全线采用串联加压重力流的输水方式[1]。自2010年11月14日正式投入运行起，工程已连续、安全、有序运行4年，在此期间，工程沿线布设的23台VAG调流阀在工程的运行调度过程中起到了非常重要的作用，特别体现在管线初期投运充水及故障检修再充水控制、灵活性适应众多供水支线的流量压力调度需求、有效解决工程消能安全三个方面，是工程运行必不可少的设备设施。

现如今，随着输配水工程建设项目的与日俱增，如何根据工程的设计、构造特点进行针对性、合理的调流阀选型将成为工程建设的一项重要课题。

2 VAG调流阀的结构原理

调流阀的生产制造厂家众多，但调流阀的设计选型及设备型号基本类似，本文结合大伙房水库输水工程的运行实践，以VAG系列调流阀作为研究对象予以说明。

图1 VAG调流阀的结构

如图1所示，VAG系列调流阀均为柱塞阀，在进口处，管线的水流沿弧状柱塞体环形流入腔体，并在水流出口轴向收缩，考虑到消能、调压调流的需求，常在出口处安装消能部件，并与活塞体内部的驱动装置连接。在运行过程中，电机通过联动曲轴带动节流消能部件做伸缩运动，通过这种改变调流阀出口开度的方式，来实现工程运行调度的目的。据文献可知，该构造调流阀消能与流量型的转化拐点约为50%开度[2]。

3 VAG调流阀的设备参数选择

3.1 公称压力等级PN值

VAG系列调流阀的公称压力等级主要有10、16、25、40四种，PN10意味着公称压力等级为10bar，相当于10公斤压力，即1.0MPa。通常来讲，阀门工程压力等级要与相应的连接管线设计或校核压力相匹配，并与阀门材质类别一一对应。

对于管流而言，管线的设计压力是指给水管道系统在管内壁上的最大瞬时压力，包含管线在正常运行情况下承受的最大持续工作压力和残余水锤压力两部分。需要注意的是，VAG调流阀的束流结构特点，承受的残余水锤压力值要较相应管段大，因而公称压力值选择应大于管段的设计压力值。

3.2 出口形式

VAG调流阀的出口形式常有E型、S型、F型、LH型、SZ型等多种类型。不同出口形式，适用于不同的功能工程，对于重力流引水工程而言，调流调压及消能安全是首要的目标，因而常选择流量调节与消能并重的SZ出口形式。

SZ系列的出口形式对应VAG调流阀的出口节能部件，是可以更换的部件结构。VAG调流阀根据工程的实际需要，提供了以下多种常用的形式，比如7.5、10、12、15、20、25、30、35、40、10%～30%、30%～20%、30%～50%、10%～50%等等，需要说明的是，对于某些特殊工程，比如高压差的消能阀也可以单独的出口形式设计。

SZ系列出口形式的具体设计选型，需要引进气蚀参数σ，其计算的Thoma公式形式为：

(1)

式中，H2——下游压力，mWC；

HAT——大气压，对应10mWC；

Hd——饱和蒸汽压，在水温为20℃时，取值约0.23mWC；

H1——上游压力，mWC；

υ——断面流速，m/s。

选型前，先确定最不利的产生气蚀的工况，即高压差、低背压工况，计算该工况下的σmin，VAG厂家会提供在不同出口形式、不同开度下的气蚀曲线，比对之下，则可以得出最优的出口形式。

计算举例：已知某工程最不利的气蚀工况为：下游水头H2=10m，最高压差为40m，管线管径大小为3000mm，试确立最优的出口形式。

第一步：计算最不利工况下的σmin值，其值约为0.49；

第二步：依据VAG生产厂家提供的某种特定出口形式下的气蚀曲线，并将σmin标示在同一图中(见图2)。

由图2可知，以最不利气蚀工况计算得到的σmin值是一条近于水平的直线，标示为曲线1；而特定出口形式的调流阀气蚀曲线由两条线组成，一条为开始气蚀曲线，标示为曲线2，一条为完全气蚀曲线，标示为曲线3。曲线2和曲线3将区间分为三部分，标示为区间一、区间二、区间三，其中区间一为不产生气蚀区域，区间二为产生气蚀区域，区间三为完全气蚀区域。

第三步：依据最优化比对方案进行比对，确立最优。

最优化比对策略如下：

a.若σmin全部位于区间一，则调流阀在该种出口形式下，将不产生气蚀，且σmin越偏离曲线2，阀门运行越安全。

图2 VAG调流阀出口形式为SZ30%～50%的开度气蚀曲线

b.若σmin全部位于区间三，则调流阀将处于完全气蚀状态，阀门及管线的气蚀损坏程度较大，运行的安全稳定性得不到有效保障，长期运行将导致事故，故此时选定的出口型式是最不利的。

c.若σmin线与曲线2和曲线3均相交，该工况为最常见工况，在相交点处可以得到两个临界气蚀开度值，如图2所示的55%及60%。若调流阀运行开度小于55%，则运行期间不出现气蚀现象，阀门安全；若调流阀运行开度介于55%～60%之间，会出现气蚀现象，且开度越大，气蚀程度也随之加剧；若调流阀运行开度大于60%时，阀门处于完全气蚀的运行工况，气蚀损坏较大，且影响阀门的过流流量，长期在该区间运行，将迅速对阀体和管线造成气蚀破坏，缩短工程的使用寿命。

3.3 通径DN大小

VAG生产的调流阀有多种通径，跨度在150～2000mm不等，500mm以下的，多呈50mm梯级，500mm以上的多以100mm或200mm为梯度。通径大小的选择，是建立在阀门出口形式确立的基础上的，常以参数KV值大小进行衡量，KV的计算公式为：

(2)

式中Q——流量，m3/h；

ΔP——上下游压差，bar；

KV——在1bar压差下的流动比率。

在进行调流阀通径DN值的选型设计之前，首先应确定调流阀的上下游压力以及需要过阀流量大小，然后依据厂家提供的不同阀径在不同开度下的流量曲线，按需选择大于设计KV对应的通径。

3.4 调流阀RIKO、RKV系列选择

VAG调流阀系列有RIKO、RKV两个系列，其结构特点基本相同，不同之处在于RIKO系列调流阀的开度流量曲线呈S形，而RKV系列为直线。结合大伙房输水工程的运行实践，发现RIKO系列调流阀适用于输水沿线干线调流调压、且调流阀在整个运行期间的进出口压差变动幅度较大的情形，同时多配以SZ30%～50%出口形式，以满足工程支线初期供水量较小、干线消能安全要求较高的需求，同时又可以满足工程中后期供水量较大，对过流量要求较大的需求。相比之下，RKV系列调流阀的出口形式往往比较单一，适用于压差相对稳定的支线供水，特别是供水支线上游与干线稳压塔相邻，下游又设有水厂稳压溢流井的工况。

4 结 论

上文VAG调流阀相关参数的计算分析，从间接程度上也确保了工程对VAG调流阀运行安全、消能、流量调度三个方面的要求。在进行工程设计时，对每一个参量的选择还应采用审慎的态度，若有条件，也可以采用相关理论计算程序，并结合工程的运行实践对这些理论成果进行修正校核，方能全面、精确地认知调流阀，同时也是确保工程有序、安全调度运行的必要手段。

[1] 辽宁省大伙房水库输水工程建设局.辽宁省大伙房水库输水(二期)工程设计报告[R].2006.

[2] 曲兴辉，周林虎.大伙房水库输水(二期)工程全线调度规程[R].沈阳：辽宁省大伙房水库输水工程建设局，2011.

Design model selection of VAG current regulation valve

FAN Jianqiang

(LiaoningDahuofangReservoirWaterConveyanceProjectConstructionBureau,Shenyang110166,China)

Current regulation valve plays a very important role in gravity flow operation scheduling process of Dahuofang Reservoir Water Conveyance Project.Its unique ring-shaped streamline inlet and axial shrinkage outlet energy dissipation part structure can ensure water filling scheduling of project operation,high pressure energy dissipation of initial water supply and flow allocation need of middle-stage water supply.It is important equipment of safe and orderly operation of the project.VAG current regulation valve nominal pressure level PN value,outlet form,diameter size,valve series and other important parameters are analyzed in detail from the perspective of project design,and calculation and optimization design basis of the parameters are established.It is expected that the optimum current regulation valve model can be established for project design,and important reference value can be provided for similar projects.

VAG current regulation valve;structure;model selection

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2015.09.009

TV67

A

1005-4774(2015)09-0028-03