中国给水排水
2003Vol. 19 C HI NA WATE R &WASTE WATER No. 7
供水系统中大型减压阀的作用分析
杨玉思, 潘惠民, 何 青
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(1. 长安大学环境工程学院, 陕西西安710061; 2. 涧峪水库工程管理局, 陕西渭南
714000; 3. 内蒙古自治区水利水电勘测设计院, 内蒙古呼和浩特010000)
摘 要: 结合我国一些城市和企业供水系统使用大型减压阀的实例, 分析了安装减压阀的适用条件、作用及设备选型等方面的注意事项。
关键词: 减压阀; 有压管道; 水锤
中图分类号:TU991. 37 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2003) 07-0082-021 在重力流输水管道中的作用111 消减富余能量
当供水系统在较小流量下运行时, 重力流输水管路就有富余能量, 在安装减压阀的系统中富余能量的大部分由减压阀自动消除, 使管路末端压力减轻, 其原理如图1
所示。
A1, 故安装减压阀可减少管道漏失水量, 也有利于管道安全运行和降低维修成本。112 消减关阀水锤
重力流输水管道因阀件及管道接头等漏水、管道爆裂、下游系统正常保养等原因需停运时, 是应关闭管道上游进水阀门还是最下游出水阀门, 目前仍颇有争议。前者优点是有利于防止水锤破坏, 缺点是管道完全放空, 再次启动充水也极困难和危险, 且费时很长; 后者保持管道满管水流, 再次运行开阀即可, 极为方便, 但易产生关阀水锤。实际运行时是绝大多数采用关下游出口阀门的方法。结合图2说明
关阀过程中减压阀的水锤防护作用。
图1 安装减压阀前后输水管压力线示意图
图1中A1为不安装减压阀时的静水压线, A2为不安装减压阀流量最大时的测压管水头线, 如果管道上安装的是减压恒压阀, 其出口压力调节与不装减压阀时的水头线重合, 则A2也是安装减压阀后最大流量时的测压管水头线, 即减压阀在此流量时不减压, 亦不耗能。A3为较小流量时不安装减压阀时的管道压力线, 可见末端管路此时压力较大。B2是安装减压阀后且流量较小时末端(即减压阀下游) 管道压力线(可见压力不大) , B1是安装减压阀后的静压线, 可见它远小于不装减压阀时的静压线
图2 输水管有无减压阀时关阀压力振荡曲线示意图
由图2可见, 不安装减压阀的静水压线为H , 而压力振荡值为$H , 而安装减压阀后的管路末端静
2003Vol. 19 中国给水排水 No. 7水压力线为H c , 压力振荡值为$H c 。
对于重力流输水管, 关阀过程中的流量变化公式如下:
1AL +F
g P d
式中 H ) ) ) 重力流输水管道总作用水头
Q ) ) ) 重力流输水管道内流量
A ) ) ) 管道比阻 L ) ) ) 管道长度 d ) ) ) 管径
F ) ) ) 末端阀阻力系数
设关阀前阻力为F 0, 最大设计流量为Q 0, 则在关阀过程中流量为:
1AL +024F Q =Q 0(2) 1AL +24F g P d
由于阀门阻力系数F 在匀速关阀过程中不是均匀增加的(一般是在关阀的前60b ~70b 增大不多, 对流量Q 减少也不大, 但在以后的20b ~30b 则突然增加) , 故极易造成很大的关阀水锤。由式(2) 可见, 管道长度L 越大, F 值对流量的影响越小, 越易造成最后突然关阀时的$H 最大。而加装减压阀后L 值仅为减压阀后的管段, 故L 值变小, $H c 亦减小。由此可见, 重力流输水管安装减压阀对水锤防护作用极大。
例如:我国西北某电厂补给水管的压差H =1050kPa, 管径为800mm, 加装减压阀前计算关阀水锤升压达3400kPa, 采用减压阀后计算最大水锤升压仅为790kPa, 可见作用显著。2 可与配水管网直接相连
在有足够压差可利用的情况下, 输水管道与城市配水管网之间可省去二级配水泵站, 即输水管道与配水管网直接相连。但是, 城市配水管网用水量变化极大, 输配水管道均须按最大用水工况设计, 当夜间用水量很小时管网压力就会很大, 并易使管网产生破裂或增大漏失水量, 从而使故障率增加。
在输水管道末端即配水管网首端加装减压恒压阀可解决该问题, 方法是将该阀出口恒压值调到管
Q =
(1)
网最大用水时所需要的总压力值, 当管网用水量很小时, 整个管网也不会超过所需压力, 输水管道因减少流量所富余水头被减压阀消除掉, 不再作用于干管网, 对保护管网安全运行意义重大, 且减压阀在流量最大时不减少任何压力, 不会降低系统的输水能力。
如我国西北某市, 重力流输出管长为24. 5km, 管径为1200mm, 水厂清水池水面与城区管网入口高差约为84m, 输水管并入市区管网当日白天无任何事故, 但夜晚市区管网爆管多达十几处, 后加装减压阀后不再爆管。
3 在输配水主干管的侧支分配管上的作用
有些大型输水管道, 往往除了主用水区域外, 还有一些较小的其他用水户, 因而常需采用支管分配水量。当主管道剩余水压较大时, 采用减压恒压阀对整个供水系统的安全运行是很重要的。其方法是将减压阀恒压值调整到支管进口所需要的最大压力值, 这样既可保证支管路不产生过高超压, 亦可使主管道不会因支管路突然开、关阀门而产生压力波动。4 在城市配水管网压力分区中的作用
当城市用水区域高差较大时, 配水管网为节约能量及管道安全常采用压力分区的方法, 其二级泵站内采用高扬程水泵为高区供水, 采用低扬程水泵为低区供水, 在高低连接的主干管上安装减压阀可提高低区供水保证率, 适当增加必要的阀门(如单向阀等) 也可增大高区供水的可靠性。5 使用减压阀应注意的问题
在大型供水系统中并非一定在管道有富余能量时才用减压阀, 它在设计流量时并不减压, 而仅在流量小于最大设计流量时才减压消能, 使用目的主要是保证管道安全运行, 因而使用减压阀一定要进行正确的设备选型, 不能选用定额或比例减压类型的减压阀, 否则既降低了系统的供水能力, 又起不到保护管道安全运行的目的。笔者认为, 最适宜大型输配水系统使用的减压阀是减压恒压阀。目前, 该阀在国内外的生产及使用均很普遍, 设计选型及购买也很方便。
电话:[1**********]收稿日期:2003-02-13