供水管網(wǎng)先導(dǎo)式減壓穩(wěn)壓閥選型原則

<一>、供水管網(wǎng)先導(dǎo)式減壓穩(wěn)壓閥選型原則結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化

對(duì)于減壓閥，活塞的大小與啟閉力相關(guān)，決定閥門(mén)的動(dòng)態(tài)特性。活塞的大小是套筒式減壓閥的核心參數(shù)，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。套筒式減壓閥有兩個(gè)活塞，活塞尺寸優(yōu)化是一個(gè)典型的多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題；而對(duì)于執(zhí)行器，其大小決定了壓力監(jiān)控系統(tǒng)的工作范圍、穩(wěn)定性和性，過(guò)小的直徑會(huì)縮小出口壓力的調(diào)節(jié)范圍，過(guò)大的直徑又會(huì)造成控制系統(tǒng)的泄漏。對(duì)于先導(dǎo)式減壓閥的關(guān)鍵參數(shù)，包括減壓閥的活塞尺寸和執(zhí)行器的膜片尺寸，建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型并求解，一組確定的結(jié)果是智能減壓閥動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)。

相對(duì)常規(guī)閥門(mén)來(lái)說(shuō)，減壓閥常在較小開(kāi)度工作，前后壓差大，流速高，噪聲大。當(dāng)閥前后壓差達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，減壓閥內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。氣蝕也稱空化，是一種水力動(dòng)現(xiàn)象，是引起閥門(mén)振動(dòng)、噪聲的主要因素，它會(huì)腐蝕金屬，嚴(yán)重時(shí)對(duì)設(shè)備造成損傷，影響閥門(mén)的工作性能，降低使用壽命。其它條件時(shí)，加大節(jié)流孔孔距和采用小的孔徑可以提高閥門(mén)的抗氣蝕能力、降低噪聲的產(chǎn)生，但是同時(shí)也降低了閥門(mén)的流量系數(shù)，減少閥門(mén)的過(guò)流能力。因此，就孔距和孔徑參數(shù)對(duì)動(dòng)的影響規(guī)律展開(kāi)研究，使噪聲、氣蝕、流量系數(shù)之間取得較優(yōu)平衡的孔徑和孔距參數(shù)，是減壓閥需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

當(dāng)閥后壓力超過(guò)設(shè)定壓力時(shí)，導(dǎo)閥關(guān)閉，導(dǎo)閥閥前壓力等于減壓閥上游壓力，減壓閥活塞缸壓力升高，驅(qū)動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉。當(dāng)下游壓力正常時(shí)，導(dǎo)閥開(kāi)啟，導(dǎo)閥閥前壓力自動(dòng)下降。當(dāng)閥后壓力低于設(shè)定值時(shí)，導(dǎo)閥開(kāi)度增加，導(dǎo)閥閥前壓力近似等于減壓閥閥后壓力，減壓閥活塞缸壓力降低，閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟。當(dāng)下游壓力正常時(shí)，導(dǎo)閥開(kāi)度恢復(fù)正常。當(dāng)閥后壓力在設(shè)定值附近波動(dòng)時(shí)，導(dǎo)閥開(kāi)度近似維持不變，導(dǎo)閥閥前壓力基本維持不變，減壓閥活塞腔壓力的微小波動(dòng)不會(huì)造成減壓閥的響應(yīng)，閥后壓力不產(chǎn)生顯著變化，減壓閥開(kāi)度維持不變。

傳統(tǒng)減壓閥的壓力設(shè)定是通過(guò)人為調(diào)整導(dǎo)閥上的螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)的，螺母壓緊彈簧，彈簧的預(yù)壓縮量越多，閥后壓力設(shè)定值越高；反之彈簧的預(yù)壓縮量越少，閥后壓力越低。200X型先導(dǎo)式減壓閥是通過(guò)調(diào)節(jié)，使吸氣口的壓力減少到有出口壓力，并根據(jù)介質(zhì)自身的能量，使出口壓力自動(dòng)穩(wěn)定的閥，從流體力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，減壓閥是局部阻力可變化的節(jié)流元件，200X型先導(dǎo)式減壓閥通過(guò)改變節(jié)流面積，改變流速和流體的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)不同的壓力損失，實(shí)現(xiàn)減壓的目的，并且通過(guò)控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使閥門(mén)后壓力波動(dòng)和彈簧力平衡，使閥后壓力在特定的誤差范圍內(nèi)保持特定。

供水管網(wǎng)先導(dǎo)式減壓穩(wěn)壓閥選型原則適用原則：

1、200X型先導(dǎo)式減壓閥進(jìn)氣口壓力的波動(dòng)應(yīng)控制在進(jìn)氣口壓力給定值的80%～105%，如超過(guò)該范圍，減壓閥的性能會(huì)受影響。

2、在介質(zhì)工作溫度比較高的場(chǎng)合，一般選用200X型先導(dǎo)式減壓閥或先導(dǎo)式波紋管減壓閥。

3、200X型先導(dǎo)式減壓閥的介質(zhì)為空氣或水（液體）的場(chǎng)合，一般宜選用直接作用薄膜式減壓閥或先導(dǎo)式薄膜式減壓閥。

4、通常減壓閥的閥后壓力Pc應(yīng)小于閥前壓力的0.5倍，即Pc<0.5P1。

5、200X型先導(dǎo)式減壓閥的介質(zhì)為蒸汽的場(chǎng)合，宜選用200X型先導(dǎo)式減壓閥或先導(dǎo)波紋管式減壓閥。

6、減壓閥的每一檔彈簧只在特定的出口壓力范圍內(nèi)適用，超出范圍應(yīng)替換彈簧。

7、為了操作、調(diào)整和維修的方便，200X型先導(dǎo)式減壓閥一般應(yīng)安裝在水平管道上。

【二】、供水管網(wǎng)先導(dǎo)式減壓穩(wěn)壓閥選型原則靜態(tài)特性分析

200X型先導(dǎo)式減壓閥特性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性包括調(diào)壓范圍和穩(wěn)定性。

調(diào)壓范圍指減壓閥輸出壓力滿足規(guī)定的穩(wěn)壓精度的可調(diào)節(jié)范圍。穩(wěn)定性指減壓閥處于穩(wěn)定工作狀態(tài)下，輸出壓力的波動(dòng)程度。為獲得優(yōu)的靜態(tài)特性，需對(duì)減壓閥調(diào)壓范圍和穩(wěn)定性的影響因素進(jìn)行分析。

1調(diào)壓范圍分析

在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)固定的情況下，調(diào)壓范圍主要依靠選擇合適的調(diào)壓彈簧來(lái)確定。在輸入壓力為1MPa、流量1352kg/h和2.1MPa、流量2957kg/h兩種情況下，分別取調(diào)壓彈簧剛度為原剛度的0.2，0.5，0.8，1.5，2，2.5，5，10倍，在不同剛度下，輸出壓力能達(dá)到規(guī)定精度(5%)的調(diào)壓范圍。經(jīng)仿真試驗(yàn)，不同調(diào)壓彈簧剛度下，規(guī)定精度內(nèi)的調(diào)壓范圍。

2穩(wěn)定性分析

減壓閥的穩(wěn)定性可由穩(wěn)態(tài)下輸出壓力的波動(dòng)頻率和波動(dòng)幅值來(lái)判斷。由于200X型先導(dǎo)式減壓閥出口壓力波動(dòng)的存在，在現(xiàn)行減壓閥安裝使用中，減壓閥與下游閥門(mén)之間需保留50倍管徑以上，以緩沖壓力波動(dòng)對(duì)下游設(shè)備的影響。故良好的穩(wěn)定性，可以減少壓力波動(dòng)對(duì)設(shè)備的損壞，同時(shí)減少下游緩沖管道長(zhǎng)度，節(jié)省成本。穩(wěn)態(tài)下，輸出壓力波動(dòng)由主閥口上下運(yùn)動(dòng)引起，降低主閥上下運(yùn)動(dòng)頻率和幅值，可以降低單位時(shí)間內(nèi)主閥膜片的疲勞損傷，從而延長(zhǎng)膜片使用壽命。據(jù)，膜片疲勞損壞是減壓閥不能正常工作的主要原因之一。為提高導(dǎo)控型減壓閥質(zhì)量，有對(duì)輸出壓力波動(dòng)頻率和幅值的影響因素進(jìn)行要深入研究，為后續(xù)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化和疲勞分析提供依據(jù)。

<二>、供水管網(wǎng)先導(dǎo)式減壓穩(wěn)壓閥選型原則壓力管理研究現(xiàn)狀

供水管網(wǎng)的壓力與管網(wǎng)漏損、爆管率相關(guān)，是供水用戶與供水企業(yè)都關(guān)注的重要指標(biāo)。對(duì)于自來(lái)水用戶來(lái)說(shuō)，供水壓力是表征供水質(zhì)量的直觀要素，供水壓力高低波動(dòng)會(huì)影響用戶的正常使用，這往往成為客戶投訴的主要原因；對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，供水壓力帶來(lái)的一系列問(wèn)題直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了管網(wǎng)中壓力較低點(diǎn)的用戶的供水壓力，在確定泵房和分水口壓力時(shí)，常以壓力較低點(diǎn)(或稱較不利點(diǎn))的壓力作為指標(biāo)。這樣存在兩個(gè)問(wèn)題：一是距離泵房或減壓閥近的點(diǎn)，供水壓力較高：二是當(dāng)夜間流量降低時(shí)，較不利點(diǎn)的壓力也會(huì)升高。因此，管網(wǎng)閥門(mén)的布置優(yōu)化和管網(wǎng)壓力的合理調(diào)度策略成為近年來(lái)相關(guān)人員學(xué)術(shù)研究和工程應(yīng)用的主要內(nèi)容。

在，目前壓力管理的產(chǎn)品已經(jīng)比較成熟，壓力管理(PMA)一般以分區(qū)計(jì)量(DMA)一同實(shí)施。在較近實(shí)施的工程實(shí)踐中，調(diào)壓閥門(mén)一般都是減壓閥(PRV)也有一部分自來(lái)水公司在壓差低于200kPa的場(chǎng)合采用蝶閥來(lái)調(diào)壓。對(duì)于單入口的供水網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域內(nèi)的壓力只受用水流量和調(diào)壓閥開(kāi)度的影響，調(diào)壓閥的控制較簡(jiǎn)單；而對(duì)于多入口網(wǎng)狀形供水網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域內(nèi)的壓力不僅受到用水流量的影響，而且受到多個(gè)調(diào)壓閥的共同影響。對(duì)于多臺(tái)調(diào)壓閥的控制策略將變得復(fù)雜，應(yīng)使用智能算法實(shí)現(xiàn)錯(cuò)時(shí)調(diào)節(jié)，并對(duì)間隔時(shí)間有嚴(yán)格的要求，否則會(huì)產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。

供水管網(wǎng)先導(dǎo)式減壓穩(wěn)壓閥選型原則安裝要求：

(1)可垂直或水平安裝，先200X先導(dǎo)式減壓閥Y42X-16安裝中應(yīng)注意減壓閥進(jìn)水方向，不可顛倒。

(2)閥前應(yīng)安裝過(guò)濾器，以便保護(hù)減壓閥，延長(zhǎng)使用壽命。安裝前對(duì)管路系統(tǒng)進(jìn)行沖洗清理，以防焊渣、氧化皮等臟物流入閥門(mén)，影響閥門(mén)正常工作。

(3)閥前后應(yīng)設(shè)截止閥，便于維修時(shí)切斷水源。為產(chǎn)品的正常維護(hù)和不間斷供水，應(yīng)采用并聯(lián)安裝方式。

(4)閥前后如設(shè)置壓力表，壓力表與減壓閥門(mén)   或出口端應(yīng)保持5DN以上距離。

(5)   壓力不小于0.2Mpa，小于0.2Mpa時(shí)穩(wěn)壓性能變差(出口壓力誤差加大)。

供水管網(wǎng)先導(dǎo)式減壓穩(wěn)壓閥選型原則安裝要求：

◆進(jìn)出口壓力應(yīng)不小于0.2Mpa，小于0.2Mpa穩(wěn)壓性能變差(出口壓力誤差加大)。

◆安裝時(shí)應(yīng)注意閥體箭頭標(biāo)注方向。為方便維護(hù)保養(yǎng)，應(yīng)在減壓閥周圍留特定空間。

◆建議在管網(wǎng)系統(tǒng)中安裝排氣閥，以便減壓閥能穩(wěn)定工作。

供水管網(wǎng)先導(dǎo)式減壓穩(wěn)壓閥選型原則

目前應(yīng)用的200X型先導(dǎo)式減壓閥有自力式和電動(dòng)閥兩類，自力式采用基于壓力負(fù)反饋的水力驅(qū)動(dòng)，在控制系統(tǒng)休眠時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)能自動(dòng)閥后壓力并通過(guò)水力驅(qū)動(dòng)開(kāi)度變化使閥后壓力保持在士6%的精度內(nèi)。相對(duì)自力式不消耗動(dòng)力電源的工作模式，200X型先導(dǎo)式減壓閥每一次開(kāi)度調(diào)節(jié)都需要?jiǎng)恿﹄娫磥?lái)驅(qū)動(dòng)，但電動(dòng)減壓閥的控制精度要高一些，對(duì)背景漏失的控制，因此，減壓閥及其控制策略的選擇應(yīng)以總體能耗為目標(biāo)變量來(lái)進(jìn)行優(yōu)化分析。目前在供水管網(wǎng)壓力管理的研究主要包括四個(gè)方面，即壓力管理與漏損相關(guān)性研究、壓力控制策略優(yōu)化、減壓閥布置優(yōu)化、壓力管理綜合優(yōu)化研究。