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作者：張怡心        

1  引  言

    大伙房水庫輸水工程是一項(xiàng)跨流域的調(diào)水工程，具有供水目標(biāo)多、供水流量大、運(yùn)行工況極為復(fù)雜的特點(diǎn)，全線采用串聯(lián)加壓重力流的輸水方式。自2010年11月14日正式投入運(yùn)行起，工程已連續(xù)、安全、有序運(yùn)行4年，在此期間，工程沿線布設(shè)的23臺(tái)VAG調(diào)流閥在工程的運(yùn)行調(diào)度過程中起到了非常重要的作用，特別體現(xiàn)在管線初期投運(yùn)充水及故障檢修再充水控制、靈活性適應(yīng)眾多供水支線的流量壓力調(diào)度需求、有效解決工程消能安全三個(gè)方面，是工程運(yùn)行必不可少的沒備設(shè)施。

    現(xiàn)如今，隨著輸配水工程建設(shè)項(xiàng)目的與日俱增，如何根據(jù)工程的設(shè)計(jì)、構(gòu)造特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性、合理的調(diào)流閥選型將成為工程建設(shè)的一項(xiàng)重要課題。

2 VAG調(diào)流閥的結(jié)構(gòu)原理

調(diào)流閥的生產(chǎn)制造廠家眾多，但調(diào)流閥的設(shè)計(jì)選型及設(shè)備型號(hào)基本類似，本文結(jié)合大伙房水庫輸水工程的運(yùn)行實(shí)踐，以VAG系列調(diào)流閥作為研究對(duì)象予以說明

    如圖1所示，VAG系列調(diào)流閥均為柱塞閥，在進(jìn)口處，管線的水流沿弧狀柱塞體環(huán)形流人腔體，并在水流出口軸向收縮，考慮到消能、調(diào)壓調(diào)流的需求，常在出口處安裝消能部件，并與活塞體內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)裝置連接。在運(yùn)行過程中，電機(jī)通過聯(lián)動(dòng)曲軸帶動(dòng)節(jié)流消能部件做伸縮運(yùn)動(dòng)，通過這種改變調(diào)流閥出口開度的方式，來實(shí)現(xiàn)工程運(yùn)行調(diào)度的目的。據(jù)文獻(xiàn)可知，該構(gòu)造調(diào)流閥消能與流量型的轉(zhuǎn)化拐點(diǎn)約為50%開度。

3 VAG調(diào)流閥的設(shè)備參數(shù)選擇

3. 1  公稱壓力等級(jí)PN值

    VAG系列調(diào)流閥的公稱壓力等級(jí)主要有10、16、25、40四種，PNIO意味著公稱壓力等級(jí)為1Obar，相當(dāng)于10公斤壓力，即1. 0MPa。通常來講，閥門工程壓力等級(jí)要與相應(yīng)的連接管線設(shè)計(jì)或校核壓力相匹配，并與閥門材質(zhì)類別一一對(duì)應(yīng).，

    對(duì)于管流而言，管線的設(shè)計(jì)壓力是指給水管道系統(tǒng)在管內(nèi)壁上的最大瞬時(shí)壓力，包含管線在正常運(yùn)行情況下承受的最大持續(xù)工作壓力和殘余水錘壓力兩部分。需要注意的是，VAC調(diào)流閥的束流結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，承受的殘余水錘壓力值要較相應(yīng)管段大，因而公稱壓力值選擇應(yīng)大于管段的設(shè)計(jì)壓力值。

3.2出口形式

    VAG調(diào)流閥的出口形式常有E型、S型、F型、LH型、SZ型等多種類型。不同出口形式，適用于不同的功能工程，對(duì)于重力流引水工程而言，調(diào)流調(diào)壓及消能安全是首要的目標(biāo)，因而常選擇流量調(diào)節(jié)與消能并重的SZ出口形式。

    sz系列的出口形式對(duì)應(yīng)VAG調(diào)流閥的出口節(jié)能部件，是可以更換的部件結(jié)構(gòu)。VAG調(diào)流閥根據(jù)工程的實(shí)際需要，提供了以下多種常用的形式，比如7.5、10、12、15、20、25、30、35、40、loo-/o - 30%、30% - 20%、30%  - 50%、10% - 50%等等，需要說明的是，對(duì)于某些特殊工程，比如高壓差的消能閥也可以單獨(dú)的出口形式設(shè)計(jì)。

sz系列出口形式的具體設(shè)計(jì)選型，需要引進(jìn)氣蝕參數(shù)o，其計(jì)算的Thoma公式形式為：

    選型前，先確定最不利的產(chǎn)生氣蝕的工況，即高壓差、低背壓工況，計(jì)算該工況下的，VAG廠家會(huì)提供在不同出口形式、不同開度下的氣蝕曲線，比對(duì)之下，則可以得出最優(yōu)的出口形式。

    計(jì)算舉例：已知某工程最不利的氣蝕工況為：下游水頭H2= l0m，最高壓差為40m，管線管徑大小為3000mm，試確立最優(yōu)的出口形式。

    第一步：計(jì)算最不利工況下的值，其值約為0. 49;

第二步：依據(jù)VAG生產(chǎn)廠家提供的某種特定出口形式下的氣蝕曲線，并將標(biāo)示在同一圖中（見圖2）。

    由圖2可知，以最不利氣蝕工況計(jì)算得到的Omin值是一條近于水平的直線，標(biāo)示為曲線1；而特定出口形式的調(diào)流閥氣蝕曲線由兩條線組成，一條為開始?xì)馕g曲線，標(biāo)示為曲線2，一條為完全氣蝕曲線，標(biāo)示為曲線3。曲線2和曲線3將區(qū)間分為三部分，標(biāo)示為區(qū)間一、區(qū)間二、區(qū)間三，其中區(qū)間一為不產(chǎn)生氣蝕區(qū)域，區(qū)間二為產(chǎn)生氣蝕區(qū)域，區(qū)間三為完全氣蝕區(qū)域。

    第三步：依據(jù)最優(yōu)化比對(duì)方案進(jìn)行比對(duì)，確立最優(yōu)。

    最優(yōu)化比對(duì)策略如下：

1. 若Omin全部位于區(qū)間一，則調(diào)流閥在該種出口形式下，將不產(chǎn)生氣蝕，且Omin越偏離曲線2，閥門運(yùn)行越安全。

    b．若Omin全部位于區(qū)間三，則調(diào)流閥將處于完全氣蝕狀態(tài)，閥門及管線的氣蝕損壞程度較大，運(yùn)行的安全穩(wěn)定性得不到有效保障，長(zhǎng)期運(yùn)行將導(dǎo)致事故，故此時(shí)選定的出口型式是最不利的。

    c．若Omin線與曲線2和曲線3均相交，該工況為最常見工況，在相交點(diǎn)處可以得到兩個(gè)臨界氣蝕開度值，如圖2所示的55%及60%。若調(diào)流閥運(yùn)行開度小于55%，則運(yùn)行期間不出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，閥門安全；若調(diào)流閥運(yùn)行開度介于55%- 60%之間，會(huì)出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，且開度越大，氣蝕程度也隨之加��；若調(diào)流閥運(yùn)行開度大于60%時(shí)，閥門處于完全氣蝕的運(yùn)行工況，氣蝕損壞較大，且影響閥門的過流流量，長(zhǎng)期在該區(qū)間運(yùn)行，將迅速對(duì)閥體和管線造成氣蝕破壞，縮短工程的使用壽命。

3.3  通徑DN大小

VAG生產(chǎn)的調(diào)流閥有多種通徑，跨度在150 -2000mm不等，500mm以下的，多呈50mm梯級(jí)，500mm以上的多以l00mm或200mm為梯度。通徑大小的選擇，是建立在閥門出口形式確立的基礎(chǔ)上的，常以參數(shù)Kv值大小進(jìn)行衡量，Kv的計(jì)算公式為：

    在進(jìn)行調(diào)流閥通徑DN值的選型設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)確定調(diào)流閥的上下游壓力以及需要過閥流量大小，然后依據(jù)廠家提供的不同閥徑在不同開度下的流量曲線，按需選擇大于設(shè)計(jì)Kv對(duì)應(yīng)的通徑。

3.4  調(diào)流閥RIKO、RKV系列選擇

    VAG調(diào)流閥系列有RIKO、RKV兩個(gè)系列，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基本相同，不同之處在于RIKO系列調(diào)流閥的開度流量曲線呈S形，而RKV系列為直線。結(jié)合大伙房輸水工程的運(yùn)行實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)RIKO系列調(diào)流閥適用于輸水沿線干線調(diào)流調(diào)壓、且調(diào)流閥在整個(gè)運(yùn)行期間的進(jìn)出口壓差變動(dòng)幅度較大的情形，同時(shí)多配以SZ30% - 50%出口形式，以滿足工程支線初期供水量較小、干線消能安全要求較高的需求，同時(shí)又可以滿足工程中后期供水量較大，對(duì)過流量要求較大的需求。相比之下，RKV系列調(diào)流閥的出口形式往往比較單一，適用于壓差相對(duì)穩(wěn)定的支線供水，特別是供水支線上游與干線穩(wěn)壓塔相鄰，下游又設(shè)有水廠穩(wěn)壓溢流井的工況。

4結(jié)論

上文VAG調(diào)流閥相關(guān)參數(shù)的計(jì)算分析，從間接程度上也確保了工程對(duì)VAG調(diào)流閥運(yùn)行安全、消能、流量調(diào)度三個(gè)方面的要求。在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)每一個(gè)參量的選擇還應(yīng)采用審慎的態(tài)度，若有條件，也可以采用相關(guān)理論計(jì)算程序，并結(jié)合工程的運(yùn)行實(shí)踐對(duì)這些理論成果進(jìn)行修正校核，方能全面、精確地認(rèn)知調(diào)流閥，同時(shí)也是確保工程有序、安全調(diào)度運(yùn)行的必要手段。

5摘要

 調(diào)流閥在大伙房水庫輸水工程的重力流運(yùn)行調(diào)度過程中起到了非常重要的作用，其獨(dú)特的環(huán)形流線進(jìn)口、軸向收縮出口消能部件結(jié)構(gòu)，確保了工程運(yùn)行投入的充水調(diào)度、初期供水的高壓消能、中期供水的流量調(diào)配的需要，是工程安全有序運(yùn)行的重要設(shè)備。本文從工程設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對(duì)VAG調(diào)流閥的公稱壓力等級(jí)PN值、出口形式、通徑大小、閥門系列等重要參數(shù)進(jìn)行了詳盡分析，并確立了這些參數(shù)的計(jì)算及優(yōu)化設(shè)計(jì)依據(jù)，以期為工程設(shè)計(jì)確立最優(yōu)的調(diào)流閥型號(hào)以及為類似工程提供重要的借鑒參考．