范建強(qiáng)

(遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局， 遼寧 沈陽(yáng)　110166)

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VAG調(diào)流閥在重力流輸水工程中的應(yīng)用

范建強(qiáng)

(遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局， 遼寧 沈陽(yáng)110166)

【摘要】本文從工程的特殊性要求入手，結(jié)合VAG調(diào)流閥的理論計(jì)算及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)VAG調(diào)流閥在工程初、中期的充水、流量、壓力調(diào)度的適用性進(jìn)行分析，并經(jīng)過(guò)近年來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐，證實(shí)了VAG調(diào)流閥的結(jié)構(gòu)型式能夠有效保障工程運(yùn)行安全性需求，能滿足工程運(yùn)行初期高頻次的調(diào)度挑戰(zhàn)。

【關(guān)鍵詞】VAG調(diào)流閥； 重力流； 輸水工程； 應(yīng)用

1工程概況

遼寧省大伙房輸水工程是省“十五”“十一五”期間重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，是解決遼寧中部沈陽(yáng)、鞍山、撫順、營(yíng)口、遼陽(yáng)、盤錦及南部大連7座城市水資源短缺問(wèn)題的戰(zhàn)略性工程，工程惠及人口2000萬(wàn)，被稱為遼寧省“生命線工程”。一期引水工程采用自流引水方式，主要是通過(guò)將渾江的水調(diào)入大伙房水庫(kù)，通過(guò)大伙房水庫(kù)調(diào)節(jié)后供下游受水城市使用。二期工程主要由輸水隧洞、管道及配套建筑物構(gòu)成，線路總長(zhǎng)260.80km，其中取水頭部及隧洞段長(zhǎng)29.10km，輸水管道231.70km。隧洞段成洞洞徑為6m，采用無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土和模筑混凝土襯砌；輸水管道主要由155.30km的PCCP管(預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管)和76.40km的玻璃鋼管組成，管線最大直徑3.20m。除此之外，工程沿線設(shè)置7座配水站、1座加壓站、6座雙向穩(wěn)壓塔和2座單向穩(wěn)壓塔。

大伙房輸水工程全線之所以采用壓力密閉、串聯(lián)加壓的輸水方式，是因?yàn)楣こ探ㄔO(shè)處于地勢(shì)平坦的東北平原地帶，從工程經(jīng)濟(jì)及可行性兩方面分析，均不具備修建蓄水前池的條件。同時(shí)，除了工程輸水沿線較長(zhǎng)之外，自輸水工程進(jìn)口的大伙房水庫(kù)至工程尾端的營(yíng)口、盤錦水廠的穩(wěn)壓溢流井水位，落差可達(dá)110m。

除了壓力消能幅度較大以外，流量調(diào)度任務(wù)也面臨重大挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下兩方面。一是工程設(shè)計(jì)流量較大，而初期供水較小。根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)文件[1]，輸水工程一步設(shè)計(jì)供水量為327萬(wàn)t/d，待二步工程建成后，供水流量將達(dá)到504萬(wàn)t/d。大伙房輸水工程正式通水時(shí)間為2010年11月14日，相比輸水工程的建設(shè)完工期，城市水廠的建設(shè)相對(duì)滯后，初期受水規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到工程的設(shè)計(jì)水量。二是工程的供水目標(biāo)較多，流量調(diào)整頻次高、數(shù)量大。工程受水城市有7個(gè)地級(jí)市，受水支線包括撫順支線、石油二廠、勝科水務(wù)、頁(yè)巖油廠、沈撫支線、沈陽(yáng)東水廠、沈陽(yáng)西水廠、遼陽(yáng)市凈水廠、遼陽(yáng)聯(lián)合環(huán)境水廠、鞍鋼支線、鞍山支線、大連支線、營(yíng)口水廠、大石橋水廠、遼濱水廠、盤錦市凈水廠、華潤(rùn)熱電17個(gè)供水支線。因此，需要增設(shè)調(diào)流調(diào)壓設(shè)備，以滿足受水的靈活性需求[2]。

為此，大伙房輸水工程沿線通過(guò)采用布設(shè)VAG調(diào)流閥的方式，以滿足初期供、受水的靈活性需要。工程運(yùn)行三年以來(lái)，調(diào)流閥的設(shè)立在解決初期供水的特殊需求上起著非常重要的作用。迄今為止，輸水工程全線已經(jīng)布設(shè)了23個(gè)干線調(diào)流閥，輔以16個(gè)支線調(diào)流閥，共計(jì)39個(gè)調(diào)流閥來(lái)進(jìn)行調(diào)流調(diào)壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)輸水工程系統(tǒng)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)和控制。

2VAG調(diào)流閥產(chǎn)品簡(jiǎn)介

VAG調(diào)流閥是一種活塞閥，大伙房輸水工程選用的為RIKO、RKV兩種較常見(jiàn)的活塞閥。這兩種系列閥門結(jié)構(gòu)原理是：閥門驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)閥內(nèi)一個(gè)類似于活塞狀的圓柱體(簡(jiǎn)稱活塞)，在閥腔內(nèi)做軸向運(yùn)動(dòng)，從而改變閥體出口的過(guò)流面積，來(lái)實(shí)現(xiàn)流量和壓力的調(diào)節(jié)。

3VAG調(diào)流閥的適用性分析

3.1結(jié)構(gòu)構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)及其安全性

調(diào)流閥獨(dú)特的結(jié)構(gòu)型式，決定著閥體及附屬管線的安全。在VAG調(diào)流閥體內(nèi)，水流沿弧狀進(jìn)入活塞閥腔體，閥內(nèi)的流道為軸對(duì)稱環(huán)形，在出口處向軸心做流線形收縮，使介質(zhì)流過(guò)閥時(shí)不會(huì)產(chǎn)生紊流，有效克服噪音及振動(dòng)，同時(shí)在出口處設(shè)置節(jié)流部件，可以根據(jù)具體工況條件單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同系統(tǒng)對(duì)閥門抗氣蝕及過(guò)流能力的要求。閥門出口部位的線性收縮和出口節(jié)流部件產(chǎn)生的引導(dǎo)對(duì)撞及阻力，可產(chǎn)生消能減壓效果，并避免因節(jié)流對(duì)閥體或管道產(chǎn)生的氣蝕影響，VAG調(diào)流閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　VAG調(diào)流閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3.2管線充水的適用性

輸水管線在投入運(yùn)行之前，需要進(jìn)行管線充水，以趕走氣體，減小運(yùn)行過(guò)程的運(yùn)行阻力和汽蝕損壞。充水流速的大小是與管線空氣閥的布設(shè)相匹配的。對(duì)于空氣閥布設(shè)良好的工程，根據(jù)調(diào)度規(guī)程[3]，充水的流量大小應(yīng)按滿管流速為0.30m/s進(jìn)行，最大不宜超過(guò)0.50m/s。一方面由于各支線的需水量不同，各支線城市建設(shè)的供水管線的管徑大小不一，充水流量也各不相同，輸水工程干支線不同管徑管段充水流量的大小如表1所列；另一方面，管段充水與正常運(yùn)行的流量調(diào)整的不同點(diǎn)在于，當(dāng)上游管段充滿之后，在進(jìn)行下游管段充水之前，由于閥體下游為空管，初始?jí)毫?m，上游為滿管，壓力往往很大，由此造成閥體進(jìn)口壓差很大，普遍可達(dá)30～60m。實(shí)踐表明，調(diào)流閥在進(jìn)行高壓差和各種流量充水時(shí)，水流的流量和壓力調(diào)節(jié)容易控制，且能夠保障工程的運(yùn)行安全。

表1　不同管徑管段充水流量計(jì)算

3.3流量調(diào)整的適用性

長(zhǎng)距離輸水工程流量調(diào)整運(yùn)行具有頻次高、數(shù)量多的特點(diǎn)，引起流量調(diào)整的原因眾多，主要有新供水支線的投入、供水城市需水量的變化、干支線管線檢修、干支線管線設(shè)備檢修四種。該工程運(yùn)行三年來(lái)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年涉及到的大小流量調(diào)整次數(shù)不下千次。VAG調(diào)流閥能夠在工程運(yùn)行初期實(shí)現(xiàn)流量調(diào)整的過(guò)渡，是與其開(kāi)度流量曲線有關(guān)的。在調(diào)流閥進(jìn)出口壓差達(dá)30m的情況下，閥徑大小為1.40m時(shí)，RIKO、RKV系列調(diào)流閥的開(kāi)度流量曲線計(jì)算結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2　RIKO系列調(diào)流閥在壓差為30m、閥徑為1.40m時(shí)的開(kāi)度流量曲線

圖3　RKV系列調(diào)流閥在壓差為30m、閥徑為1.40m時(shí)的開(kāi)度流量曲線

由圖可知，VAG調(diào)流閥單閥的可調(diào)開(kāi)度范圍為10%～90%，最小可調(diào)流量為0.20m3/s或0.50m3/s，通過(guò)適當(dāng)選型，基本上可以滿足初、中期供水流量調(diào)整或充水流量調(diào)度的需求。

3.4壓力調(diào)整的適用性

壓力的調(diào)整與流量調(diào)整是一一對(duì)應(yīng)的。一方面，在不同壓差等級(jí)下，VAG調(diào)流閥過(guò)流能力是不同的；另一方面，隨著輸水工程供水流量的變化，管線沿程水頭損失也隨之進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，這也會(huì)導(dǎo)致VAG調(diào)流閥局部水頭消能的大小不斷發(fā)生變化。

壓力的調(diào)整幅度與輸水干支線穩(wěn)壓塔的設(shè)置密切相關(guān)。穩(wěn)壓塔的建立，是用來(lái)減小調(diào)度水力過(guò)渡過(guò)程引起的波動(dòng)，其水位的變動(dòng)情況是管線運(yùn)行過(guò)程中重要的監(jiān)測(cè)對(duì)象，從另一角度而言，穩(wěn)壓塔的溢流高程參差不齊，從而將輸水工程的干線分隔成幾個(gè)不同的壓力等級(jí)，在每一個(gè)壓力等級(jí)管段，又根據(jù)供水支線穩(wěn)壓溢流井的水位進(jìn)行分割。輸水工程干線的壓力穩(wěn)壓塔設(shè)置情況如表2所列。

表2　穩(wěn)壓塔運(yùn)行水位控制參數(shù)

注樁號(hào)6+592是指距離大伙房水庫(kù)取水口距離為6592m

4結(jié)論

對(duì)于長(zhǎng)距離、串聯(lián)加壓的大伙房輸水工程而言，為滿足初、中期供水的靈活性要求，通過(guò)依據(jù)工程特點(diǎn)進(jìn)行VAG調(diào)流閥的設(shè)計(jì)選型[4]，可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)輸水工程的有效控制。調(diào)流閥安裝后，通過(guò)其對(duì)流量、壓力的有效調(diào)整，保障了各個(gè)建設(shè)階段和運(yùn)行階段供水流量、壓力的需求，加上閥體自身流線形結(jié)構(gòu)及有效的出口節(jié)流部件，提高了整個(gè)輸水工程的運(yùn)行安全性，因而具有重大的調(diào)度意義和應(yīng)用價(jià)值，可為后續(xù)大規(guī)模、跨流域輸水工程的消能、調(diào)流方案選擇提供重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]孟浩,等.遼寧省大伙房輸水工程設(shè)計(jì)報(bào)告[R].沈陽(yáng)：遼寧省水利水電設(shè)計(jì)院，2003.

[2]張健，鄭源．遼寧省大伙房水庫(kù)輸水(二期)工程泵站及全系統(tǒng)水力過(guò)渡過(guò)程分析報(bào)告[R]．沈陽(yáng)：遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局，2006.

[3]曲興輝，周林虎．大伙房水庫(kù)輸水(二期)工程全線調(diào)度規(guī)程[R]．沈陽(yáng)：遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局，2011.

[4]范建強(qiáng).VAG調(diào)流閥的設(shè)計(jì)選型[J].水利建設(shè)與管理，2015(9)：28-30.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.014

中圖分類號(hào)：TV672

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005-4774(2016)07- 0051- 03

Application of VAG flow regulating valve in gravity flow water conveyance project

FAN Jianqiang

(LiaoningDahuofangReservoirWaterConveyanceProjectConstructionBureau,Shenyang110166,China)

Abstract：In the paper, theoretical calculation and structure characteristics of VAG flow regulating valve are combined from the aspect of special requirements in the project. Water filling, flow capacity and pressure scheduling applicability of VAG flow regulating valve in primary and middle stages of the project are analyzed. It is proved that the structure form of VAG flow regulating valve can guarantee safety demand of engineering operation effectively through operation practice in recent years. High-frequency scheduling challenges at the early stage of project operation can be satisfied.

Key words：VAG flow regulating valve; gravity flow; water conveyance project; application