城北四镇农村供水管网减压方案比选及减压阀设计

徐国军

(新疆省昌吉回族自治州昌吉市农村集中供水中心，新疆 昌吉 831100)

0 引言

供水管道压力关系到供水流量和管道稳定情况，若压力过小会导致供水量达不到设计要求，若压力过大则会造成管道薄弱环节易发生爆裂危险。管道压力分为静压、动压和全压，静压是指流体垂直作用在器壁上的压力。供水管网静压过高时，需要采取必要的减压措施。

1 工程概况

2016年9月，昌吉市水利局启动了城北四镇农村饮水巩固提升工程，总体供水规模为11 973.69 m3/d。工程建设内容有：水厂处连接蓄水池及华电管网214 m，铺设供水管网433.00 km(其中：配水管网221.92 km，村级管网211.08 km)，配套管道附属建筑物729座(各类阀井)。试通水过程中发现管道静压过大，主管网已改建完成，可满足要求，但大部分入户管未进行改建，承受不了静压，爆管现象时有发生，减压设施的设置主要是减静压。

2 减压方案比选分析

根据近年来全国已建工程运行情况，项目提出如下两个减压方案进行比选：方案一为减压稳压阀方案，方案二为减压池方案。两个方案的优缺点见表1所示。

表1 减压方案比选分析表

综上所述，项目区供水对象为农村，用水量变化较大，若采用减压池减压，对下游用水量控制难度大，后期运行管理负担重，运行费用高，安防任务艰巨，且减压池大都位于耕地边或路边，水源安全保护难度大，易造成二次污染。同时项目区南北向高差较大，但东西向高差小，通过计算项目区设置减压池后东西向管道均无法满足动水压力要求，无法正常供水。故本项目选用方案一的减压阀控制本项目管道沿线水压，以满足供水需求。

3 减压阀设计

3.1 减压阀构造及控制原理分析

减压稳压阀安装于送配水管网中，用以保护主阀下游安全供水压力。减压稳压阀主阀出口压力可任意设定安全压力，并不会因上游压力或下游用水量变化而变化。

3.1.1 减压阀构造分析

经过对市场主流产品进行对比，项目最终选择球型水力垂直型减压阀，各部分具体结构材质、示意图分别见表2和图1所示。

表2 球型水力垂直型减压阀主要零件及材质表

图1 球型水力垂直型减压阀结构示意图

3.1.2 减压稳压阀操作原理

减压稳压阀主要组成：控制主阀MV、减压失效先导阀和减压先导阀等3部分见图2所示。操作原理如下：①阀门正常情况下，即阀门前后压差>0.20 MPa时，减压失效先导阀PV1(泄压先导阀500P)开启，阀门实现减压阀的能能，阀门出口压力根据需要调节减压先导阀设定值。②当阀前进口压力降低，阀前后压差>0.05 MPa<0.20 MPa时，减压失效先导阀PV1关闭，针阀NV不再向控制腔补水压，或补更少量的水压，控制腔压力降低为出口压力，阀门减压功能部分失效，阀门流阻减小，维持出口设定水头。③通过减压稳压阀的设定阀门出口压力可以根据需要进行设定，一旦减压失效先导阀和减压先导阀设定压力完成后，通过阀门的出口压力基本恒定，在控制范围内它不随进口压力或进口流量的变化而变化。

图2 减压稳压阀工作结构简图

3.2 减压阀安装位置设计

项目在满足动水压力要求基础上设置减压阀，项目区入村口静压控制在20～30 m之间，最大≤40 m。参照其他工程经验，项目减压阀安装位置设计如下：①在昌吉市农村集中供水中心第一水厂下游桩号5+300处设置减压阀井一座，控制佃坝镇、滨湖镇、六工镇三个乡镇供水，考虑项目区供水安全，该处减压阀采用一备一用设置，管径DN500(压力等级PN16)。②本项目设计在大西渠镇设置减压13处，佃坝镇设置减压6处，滨湖镇设置减压15处，六工镇设置减压8处。各城镇具体减压阀安装位置见表3所示(部分)。

表3 佃坝镇管网复核计算表(部分)

表3 各城镇具体减压阀安装位置(部分)表

3.3 减压阀井设计

①减压稳压阀及阀前后配套检修阀、过滤器、进排气阀均需安装在阀门井内，阀门井采用室外管沟阀门井，管径DN250～DN500口径减压阀采用6.00×4.00 m C25F200现浇钢筋混凝土阀井。②管径DN200～DN100口径减压阀采用3.80×2.20 m C25F200预制混凝土砌块砌筑阀井，阀井内外壁均需采用1∶2防水砂浆抹面，厚度2 cm，外壁刷沥青防腐。盖板采用预制钢筋混凝土盖板。

3.4 减压前后复核计算

佃坝镇部分管网复核计算详细数据，见表4所示。由表2可知：安装减压阀后静水压力下降显著，均≤30 m，其他乡镇减压效果也达到了100%满足设计要求。

3.5 阀门日常运行管理分析

①不可用闸阀和截止阀当调节门用，以免引起冲刷磨损造成阀门不严密。②运行中阀门应缓慢、逐步开闭，需要控制安全开启及关闭阀门时间均≥90 s。手动阀门的手轮或手柄，不能用长杠杆或长板手来板动，不要用力过大过猛，否则容易损坏密封面，或板断手轮、手柄。③若手轮、手柄损坏或丢失，应立即配齐，不可用活络板手代替，以免损坏阀杆四方。操作时，如发现操作过于费劲，应分析原因，若填料太紧，可适当放松，若阀杆歪斜，应立即修理。④不经常启闭的阀门，也要定期转动手轮，对阀杆螺纹添加润滑剂，以防咬住。要经常检查并保持阀门零部件完整性。如手轮的固定螺母脱落，要及时配齐，不能凑合使用，否则会磨圆阀杆上部的四方，逐渐失去配合可靠性，乃至不能开动。⑤阀杆螺纹部分，要经常擦拭，及时更换润滑剂，避免因磨损螺纹和阀杆表面而影响使用寿命。

4 结语

在供水管道上安装减压稳定阀是目前降低静压、减少渗漏量等很有效的措施，昌吉市城北四镇农村供水管网通过安装减压稳定阀，顺利解决了入户管爆管问题，取得了很好的应用效果。但是减压稳定阀属于精密机械设备，日常维护管理工作也很重要，必须安排专门的技术人员管理。