供水工程中调流调压阀的选型及应用

靳卫华，谢鸿玺，冯玉林，李妍，李伟

（合肥通用机械研究院，安徽 合肥 230031）

某地区现状供水工程设计供水能力为5000m3/d，实际最高日供水为3300m3/d，正常情况下完全可以满足地区目前需水要求，但由于供水水源为南川河地表径流，受客观条件的制约存在以下问题。

（1）枯水期水量严重不足甚至断流直接影响正常供水。（2）汛期由于河水泥沙含量大，超出了目前净化水厂的处理能力，使供水水质得不到保证。（3）由于取水口上游大部分控制流域面积属黄龙县城，给水源保护带来诸多不便。

为了从根本上解决供水问题，供水应选用刘庄水库作为主水源，木头沟水库作为调节和备用水源，建设供水工程可以从根本上解决城区中远期供需水矛盾，工程主要包括如下四大部分。

（1）取水工程，工程设计取水能力11000m3/d。（2）原水输水管道及减压站工程，全长24.76km，沿途修建2座减压站。（3）净化水厂工程，设计供水规模为10000m3/d。（4）净水输水管道工程，全长8.58km。

该工程利用地形的自然高差采取重力自流供水。首先自取水头部经管道将原水引入净化水厂，由于中途高差较大，在英旺和木头沟分别设一座减压站，原水在净化水厂经过减压调流、净化处理达标后经净水管道输入城区管网。

1 调流调压阀设置

本工程采用自然高差采取重力自流供水，从刘庄水库水源点至净水厂高程差达到191米，原水管道长度约24.76km，管道直径为DN400mm及DN350mm，设计压力为1.0MPa；从净水厂至县城管网高程差约70m，净水管道长约8.58km，管道直径为DN400mm，设计压力为1.0MPa，在西川与原城区管网连接，原城区管网设计压力为0.4MPa。根据管道设计情况及考虑水锤升压等综合因素，拟设英旺减压阀室、木头沟减压阀室、净化水厂进口减压阀室和西川减压阀室共4座减压阀室。每座减压阀室与相邻减压阀室的高程差约59～70m，分别设置一台调流调压阀，其功能是根据工程的需要进行管线流量和压力的实时调节，阀前压力为59～70m，要求阀后压力为1.5～2.5m，过阀流量保证10000m3/d，以保证工程管线的安全运行和净化水厂的流量调节。由于英旺减压阀室和木头沟减压阀室位于乡村较偏僻位置，西川减压阀室位于城区路口，单独架设电力设施的建设成本和维护成本均比较高，此三处不宜采用电气控制，净化水厂减压阀室位于厂区内，具备电气操作的条件。

2 调流调压阀选型

2.1 结构型式选择

（1）工程对阀门的要求。首先应根据工程的实际要求和阀门的特性，综合考虑是用于流量调节还是压力调节或综合调节、调节范围、调节精度等；其次选用调流调压阀时最重要的一个因素就是使阀门实际运行时在各种工况下不发生有害的汽蚀。但是阀门的基本特性曲线对阀门在什么时候发生气蚀是看不出来的，更指不出来在哪个点上达到操作极限。而各种阀门由于构造不同，允许的气蚀系数δ也不同。根据相关理论，合理的设计/选型应该满足工程计算的气蚀系数(按阀门工作时开度和流量控制范围取阀前与阀后压差最大值算)大于阀门允许的气蚀系数，则说明可用，不会发生气蚀。如蝶阀的允许的气蚀系数为2.5，当δ＞2.5时，则不会发生气蚀。δ＜2.5会发生气蚀、振动、噪音，严重时会影响阀门和下游配管使用寿命。根据相关理论，用户工况的δ计算公式为：

式中：

H1——阀后（出口）压力，m；

H2——大气压与其温度相对应的饱和蒸汽压力之差，m。

ΔP——阀前、阀后的压差，m；

v——过阀流速，m/s。

本工程最恶劣工况气蚀系数计算如表1。

表1

根据表1计算结果，英旺减压阀室所选择的调流调压阀的最小允许气蚀必须小于0.181，木头沟减压阀室所选择的调流调压阀的最小允许气蚀必须小于0.2，净化水厂减压阀室所选择的调流调压阀的最小允许气蚀必须小于0.176，西川减压阀室所选择的调流调压阀的最小允许气蚀必须小于1.667，满足这种要求的调流调压阀，才能在本工程大的压差条件下保证长期运行过程中不会发生汽蚀破坏。

（2）调流调压阀的选择。选用调流调压阀的种类很多，常用的有闸阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、活塞阀、针形阀、套筒式调节阀等多种。常用的调流调压阀如套筒式调节阀、隔膜式水力控制阀、活塞阀、针形阀等，这几种调节阀的比较如表2。

表2

表3

表4

2.2 过流能力选择

根据本工程的工况参数，所应用调流调压阀的过流要求见表3，并根据相关理论，安装于本工程的调流调压阀在全开时的流量系数Cv值及拟选阀门的流量系数Cv值如表3。

2.3 本工程对调流调压阀的选择

（1）功能及控制方案选择。英旺减压阀室、木头沟减压阀室和西川减压阀室由于不具备电源操作条件，在功能及控制方面要求安装在这三座减压阀室的调流调压阀根据上游水位和下游用水量的变化自动调节阀门的开度，调节管道过阀的流量，同时控制阀后出口压力和防止水锤压力的发生，因此此三座减压阀室的调流调压阀采用先导控制水力驱动方式。净化水厂减压阀室的调流调压阀，在功能及控制方面要求安装根据水厂处理能力和需求，自动根据指令调节阀门的开度，调节管道过阀的流量，同时控制阀后出口压力和防止水锤压力的发生，因此本减压阀室的调流调压阀采用PLC控制电动驱动方式，并带就地开、关、停功能和远方自动控制功能，远方自动控制纳入净水厂的全厂自动化控制。

（2）性能参数选择。通过上述计算和对多种调流调压阀的比较，选择B05系列套筒式调节阀作为本工程的调流调压阀。该类阀门允许的汽蚀系数δ=0.15，确保阀门在实际各种工况运行时不发生气蚀，保证工程的长期安全运行。综合考虑工程的电源、系统控制及运行工况等因素，各减压阀室的配置方案如表4。

3 调流调压阀的应用

本工程经过安装调试、试运行过程后投入正式运行，阀前压力在58～72m之间，西川减压阀室阀后压力为39～41m之间变化，其它三座减压阀室阀后压力为1.5～2.0m之间变化，最高流量达到10600m3/d，套筒式调流调压阀运行时很平稳，没有发现产生气蚀现象，阀门及附近管道、设备均没有发现振动现象，运行时噪音很小，一般在60～70dBA。

尤其水质与安全问题一直受到关注，为避免突发事件导致饮水危机的发生促使一大批长距离输水或调水工程的建设，以解决用水矛盾问题。长距离输水工程投资大、距离长，研究其安全问题并采取技术措施对此类工程的顺利实施、安全运行以及节省工程造价、管理费用无疑具有十分重要的意义。

[1]戚兰英.张坊水源应急供水工程调节阀的选型设计[J].北京水利，2011，（1）.

[2]孙万功.长距离输水管道减压措施[J].水利规划与设计，2011，（3）：57-58.

[3]徐大伟，彭怡.长距离大高差有压重力流原水输水管道改扩建设计[J].给水排水，2012，38（10）：112-114.