靳衛(wèi)華，謝鴻璽，馮玉林，李妍，李偉

（合肥通用機械研究院，安徽 合肥 230031）

某地區(qū)現(xiàn)狀供水工程設(shè)計供水能力為5000m3/d，實際最高日供水為3300m3/d，正常情況下完全可以滿足地區(qū)目前需水要求，但由于供水水源為南川河地表徑流，受客觀條件的制約存在以下問題。

（1）枯水期水量嚴重不足甚至斷流直接影響正常供水。（2）汛期由于河水泥沙含量大，超出了目前凈化水廠的處理能力，使供水水質(zhì)得不到保證。（3）由于取水口上游大部分控制流域面積屬黃龍縣城，給水源保護帶來諸多不便。

為了從根本上解決供水問題，供水應(yīng)選用劉莊水庫作為主水源，木頭溝水庫作為調(diào)節(jié)和備用水源，建設(shè)供水工程可以從根本上解決城區(qū)中遠期供需水矛盾，工程主要包括如下四大部分。

（1）取水工程，工程設(shè)計取水能力11000m3/d。（2）原水輸水管道及減壓站工程，全長24.76km，沿途修建2座減壓站。（3）凈化水廠工程，設(shè)計供水規(guī)模為10000m3/d。（4）凈水輸水管道工程，全長8.58km。

該工程利用地形的自然高差采取重力自流供水。首先自取水頭部經(jīng)管道將原水引入凈化水廠，由于中途高差較大，在英旺和木頭溝分別設(shè)一座減壓站，原水在凈化水廠經(jīng)過減壓調(diào)流、凈化處理達標(biāo)后經(jīng)凈水管道輸入城區(qū)管網(wǎng)。

1 調(diào)流調(diào)壓閥設(shè)置

本工程采用自然高差采取重力自流供水，從劉莊水庫水源點至凈水廠高程差達到191米，原水管道長度約24.76km，管道直徑為DN400mm及DN350mm，設(shè)計壓力為1.0MPa；從凈水廠至縣城管網(wǎng)高程差約70m，凈水管道長約8.58km，管道直徑為DN400mm，設(shè)計壓力為1.0MPa，在西川與原城區(qū)管網(wǎng)連接，原城區(qū)管網(wǎng)設(shè)計壓力為0.4MPa。根據(jù)管道設(shè)計情況及考慮水錘升壓等綜合因素，擬設(shè)英旺減壓閥室、木頭溝減壓閥室、凈化水廠進口減壓閥室和西川減壓閥室共4座減壓閥室。每座減壓閥室與相鄰減壓閥室的高程差約59～70m，分別設(shè)置一臺調(diào)流調(diào)壓閥，其功能是根據(jù)工程的需要進行管線流量和壓力的實時調(diào)節(jié)，閥前壓力為59～70m，要求閥后壓力為1.5～2.5m，過閥流量保證10000m3/d，以保證工程管線的安全運行和凈化水廠的流量調(diào)節(jié)。由于英旺減壓閥室和木頭溝減壓閥室位于鄉(xiāng)村較偏僻位置，西川減壓閥室位于城區(qū)路口，單獨架設(shè)電力設(shè)施的建設(shè)成本和維護成本均比較高，此三處不宜采用電氣控制，凈化水廠減壓閥室位于廠區(qū)內(nèi)，具備電氣操作的條件。

2 調(diào)流調(diào)壓閥選型

2.1 結(jié)構(gòu)型式選擇

（1）工程對閥門的要求。首先應(yīng)根據(jù)工程的實際要求和閥門的特性，綜合考慮是用于流量調(diào)節(jié)還是壓力調(diào)節(jié)或綜合調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)精度等；其次選用調(diào)流調(diào)壓閥時最重要的一個因素就是使閥門實際運行時在各種工況下不發(fā)生有害的汽蝕。但是閥門的基本特性曲線對閥門在什么時候發(fā)生氣蝕是看不出來的，更指不出來在哪個點上達到操作極限。而各種閥門由于構(gòu)造不同，允許的氣蝕系數(shù)δ也不同。根據(jù)相關(guān)理論，合理的設(shè)計/選型應(yīng)該滿足工程計算的氣蝕系數(shù)(按閥門工作時開度和流量控制范圍取閥前與閥后壓差最大值算)大于閥門允許的氣蝕系數(shù)，則說明可用，不會發(fā)生氣蝕。如蝶閥的允許的氣蝕系數(shù)為2.5，當(dāng)δ＞2.5時，則不會發(fā)生氣蝕。δ＜2.5會發(fā)生氣蝕、振動、噪音，嚴重時會影響閥門和下游配管使用壽命。根據(jù)相關(guān)理論，用戶工況的δ計算公式為：

式中：

H1——閥后（出口）壓力，m；

H2——大氣壓與其溫度相對應(yīng)的飽和蒸汽壓力之差，m。

ΔP——閥前、閥后的壓差，m；

v——過閥流速，m/s。

本工程最惡劣工況氣蝕系數(shù)計算如表1。

表1

根據(jù)表1計算結(jié)果，英旺減壓閥室所選擇的調(diào)流調(diào)壓閥的最小允許氣蝕必須小于0.181，木頭溝減壓閥室所選擇的調(diào)流調(diào)壓閥的最小允許氣蝕必須小于0.2，凈化水廠減壓閥室所選擇的調(diào)流調(diào)壓閥的最小允許氣蝕必須小于0.176，西川減壓閥室所選擇的調(diào)流調(diào)壓閥的最小允許氣蝕必須小于1.667，滿足這種要求的調(diào)流調(diào)壓閥，才能在本工程大的壓差條件下保證長期運行過程中不會發(fā)生汽蝕破壞。

（2）調(diào)流調(diào)壓閥的選擇。選用調(diào)流調(diào)壓閥的種類很多，常用的有閘閥、球閥、蝶閥、隔膜閥、活塞閥、針形閥、套筒式調(diào)節(jié)閥等多種。常用的調(diào)流調(diào)壓閥如套筒式調(diào)節(jié)閥、隔膜式水力控制閥、活塞閥、針形閥等，這幾種調(diào)節(jié)閥的比較如表2。

表2

表3

表4

2.2 過流能力選擇

根據(jù)本工程的工況參數(shù)，所應(yīng)用調(diào)流調(diào)壓閥的過流要求見表3，并根據(jù)相關(guān)理論，安裝于本工程的調(diào)流調(diào)壓閥在全開時的流量系數(shù)Cv值及擬選閥門的流量系數(shù)Cv值如表3。

2.3 本工程對調(diào)流調(diào)壓閥的選擇

（1）功能及控制方案選擇。英旺減壓閥室、木頭溝減壓閥室和西川減壓閥室由于不具備電源操作條件，在功能及控制方面要求安裝在這三座減壓閥室的調(diào)流調(diào)壓閥根據(jù)上游水位和下游用水量的變化自動調(diào)節(jié)閥門的開度，調(diào)節(jié)管道過閥的流量，同時控制閥后出口壓力和防止水錘壓力的發(fā)生，因此此三座減壓閥室的調(diào)流調(diào)壓閥采用先導(dǎo)控制水力驅(qū)動方式。凈化水廠減壓閥室的調(diào)流調(diào)壓閥，在功能及控制方面要求安裝根據(jù)水廠處理能力和需求，自動根據(jù)指令調(diào)節(jié)閥門的開度，調(diào)節(jié)管道過閥的流量，同時控制閥后出口壓力和防止水錘壓力的發(fā)生，因此本減壓閥室的調(diào)流調(diào)壓閥采用PLC控制電動驅(qū)動方式，并帶就地開、關(guān)、停功能和遠方自動控制功能，遠方自動控制納入凈水廠的全廠自動化控制。

（2）性能參數(shù)選擇。通過上述計算和對多種調(diào)流調(diào)壓閥的比較，選擇B05系列套筒式調(diào)節(jié)閥作為本工程的調(diào)流調(diào)壓閥。該類閥門允許的汽蝕系數(shù)δ=0.15，確保閥門在實際各種工況運行時不發(fā)生氣蝕，保證工程的長期安全運行。綜合考慮工程的電源、系統(tǒng)控制及運行工況等因素，各減壓閥室的配置方案如表4。

3 調(diào)流調(diào)壓閥的應(yīng)用

本工程經(jīng)過安裝調(diào)試、試運行過程后投入正式運行，閥前壓力在58～72m之間，西川減壓閥室閥后壓力為39～41m之間變化，其它三座減壓閥室閥后壓力為1.5～2.0m之間變化，最高流量達到10600m3/d，套筒式調(diào)流調(diào)壓閥運行時很平穩(wěn)，沒有發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，閥門及附近管道、設(shè)備均沒有發(fā)現(xiàn)振動現(xiàn)象，運行時噪音很小，一般在60～70dBA。

尤其水質(zhì)與安全問題一直受到關(guān)注，為避免突發(fā)事件導(dǎo)致飲水危機的發(fā)生促使一大批長距離輸水或調(diào)水工程的建設(shè)，以解決用水矛盾問題。長距離輸水工程投資大、距離長，研究其安全問題并采取技術(shù)措施對此類工程的順利實施、安全運行以及節(jié)省工程造價、管理費用無疑具有十分重要的意義。

[1]戚蘭英.張坊水源應(yīng)急供水工程調(diào)節(jié)閥的選型設(shè)計[J].北京水利，2011，（1）.

[2]孫萬功.長距離輸水管道減壓措施[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2011，（3）：57-58.

[3]徐大偉，彭怡.長距離大高差有壓重力流原水輸水管道改擴建設(shè)計[J].給水排水，2012，38（10）：112-114.