給水減壓閥設(shè)計(jì)原理

給水減壓閥設(shè)計(jì)原理

減壓閥是供水系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)減小壓力減低損失發(fā)揮著重要作用，本文主要分析了減壓閥的工作原理，以及減壓閥在供給水系統(tǒng)中的應(yīng)用和效果。闡述減壓閥的分類及原理，分析減壓閥的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合供水工況，明確選用原則和配管設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并指出安裝及維護(hù)要求。減壓閥是一種降低給水管道中水壓的閥門，其原理是通過水壓的變化或增強(qiáng)局部水頭損失以達(dá)到減壓的目的。具體動(dòng)作程序是通過啟閉件的節(jié)流將進(jìn)口壓力穩(wěn)定至某一個(gè)需要的出口壓力，并能在進(jìn)口壓力及流量變化時(shí)利用介質(zhì)本身能量保持出口壓力基本不變。

給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的減壓孔板只能減動(dòng)壓，不能減靜壓;而給水減壓閥既可以減動(dòng)壓，也可以減靜壓。給水減壓閥可以簡(jiǎn)化給水系統(tǒng)，防止系統(tǒng)超壓，避免水擊，保護(hù)用水設(shè)備，節(jié)約用水。目前，給水減壓閥已廣泛應(yīng)用于各類分區(qū)給水系統(tǒng)中，尤其適用于高層建筑的生活及消防給水系統(tǒng)中。結(jié)合我國一些城市和企業(yè)供水系統(tǒng)使用大型減壓閥的實(shí)例,分析了安裝減壓閥的適用條件,作用及設(shè)備選型等方面的注意事項(xiàng).

1. 給水減壓閥的分類及原理
按照結(jié)構(gòu)形式分類，給水減壓閥分為比例式、可調(diào)式兩類，結(jié)構(gòu)示意參見圖1。比例式的出口壓力與進(jìn)口壓力是按照固定比例減壓的，常見減壓比分別為2:1、3:1、4:1、5:1。比例式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，閥體只有一個(gè)活動(dòng)部件活塞，活塞在截留口的前后面積不同。隨著流量的變化，截留口產(chǎn)生的阻力損失隨著進(jìn)口、出口的壓力差變化，截留口的縫隙也變化，保持進(jìn)口、出口的壓力按照固定比例。當(dāng)沒有流量時(shí)，閥體的截留口*關(guān)閉實(shí)現(xiàn)減靜壓。

比例式的減壓效果好，無需人工調(diào)節(jié)，閥體體積小，便于加工制作，價(jià)格低廉，安裝、維護(hù)簡(jiǎn)便，使用壽命長(zhǎng)，但出口壓力不能調(diào)節(jié)。可調(diào)式的出口壓力可以按照需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過增強(qiáng)局部水頭損失以達(dá)到減壓的目的。進(jìn)水通過截留口，降低的壓力作為反饋信號(hào)引到橡膠膜片下面，利用膜片與彈簧的力平衡關(guān)系，通過聯(lián)動(dòng)閥芯使閥瓣保持在一定的開啟高度，得到相應(yīng)的阻力系數(shù)，使出水壓力達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)達(dá)到關(guān)閉截留口的設(shè)定值時(shí)，實(shí)現(xiàn)減靜壓。調(diào)節(jié)彈簧的平衡力可以靈活地調(diào)節(jié)出口壓力?？烧{(diào)式的出口壓力相對(duì)穩(wěn)定，動(dòng)作反應(yīng)靈敏，使用靈活，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，閥體體積大，價(jià)格較高。使用一段時(shí)間后，當(dāng)出口壓力出現(xiàn)偏移時(shí)，可以調(diào)節(jié)后繼續(xù)使用。閥體內(nèi)彈簧和隔膜在使用一定年限后，會(huì)出現(xiàn)彈性疲勞和老化現(xiàn)象，需及時(shí)調(diào)整或更換。按照控制方式分類，給水減壓閥分為直接作用式、先導(dǎo)式兩類。
直接作用式是利用出口壓力變化直接控制閥瓣運(yùn)動(dòng)。先導(dǎo)式由主閥和先導(dǎo)閥組成，出口壓力的變化通過先導(dǎo)閥控制主閥動(dòng)作，并可使出口壓力穩(wěn)定，又稱減壓穩(wěn)壓閥。

2. 給水減壓閥設(shè)計(jì)原理

結(jié)合我國一些城市和企業(yè)供水系統(tǒng)使用大型減壓閥的實(shí)例,分析了安裝減壓閥的適用條件,作用及設(shè)備選型等方面的注意事項(xiàng).優(yōu)點(diǎn)
(1)簡(jiǎn)化系統(tǒng)。
介紹了給水減壓閥的分類及原理,應(yīng)用給水減壓閥的優(yōu)點(diǎn).結(jié)合供水工況,闡述了選用原則和配管設(shè)計(jì)要點(diǎn),并明確了安裝及維護(hù)要求.在各類分區(qū)給水系統(tǒng)中，尤其是高層建筑的生活及消防給水系統(tǒng)中，由于材料、用水設(shè)備對(duì)水壓的要求，需進(jìn)行分區(qū)供水。應(yīng)用給水減壓閥，系統(tǒng)可以節(jié)省分區(qū)水泵，取消中轉(zhuǎn)或減壓水箱(池)。
(2)防止系統(tǒng)超壓，避免生活給水的二次污染。
應(yīng)用給水減壓閥，可以防止系統(tǒng)超壓，避免水擊，保護(hù)用水設(shè)備，節(jié)約用水。在生活給水系統(tǒng)中，給水減壓閥可以避免生活給水的二次污染。
(3)解決供水矛盾。
應(yīng)用給水減壓閥，可以解決相鄰分區(qū)邊界的供水矛盾。在消防給水系統(tǒng)中，給水減壓閥可以防止消防用水設(shè)備的超壓，保證系統(tǒng)正常工作。
(4)節(jié)約投資。
由于節(jié)省分區(qū)水泵及泵房面積，取消中轉(zhuǎn)或減壓水箱(池)，從而節(jié)約投資。

3. 給水減壓閥設(shè)計(jì)原理的選用
比例式的出口壓力與進(jìn)口壓力是按照固定比例減壓的，可調(diào)式的出口壓力可以按照需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，應(yīng)根據(jù)給水系統(tǒng)的要求，并考慮給水減壓閥的正常減壓范圍，正確地選用。當(dāng)閥門從進(jìn)口端給水時(shí)，水流過針閥進(jìn)入主閥控制室，出口壓力通過導(dǎo)管作用到導(dǎo)閥上。當(dāng)出口壓力高于導(dǎo)閥彈簧設(shè)定值時(shí)，導(dǎo)閥關(guān)閉?？刂剖彝Ｖ古潘藭r(shí)主閥控制室內(nèi)壓力升高并關(guān)閉主閥，出口壓力不再升高。當(dāng)閥門出口壓力降到導(dǎo)閥彈簧設(shè)定壓力時(shí)，導(dǎo)閥開啟，控制室向下游排水。由于導(dǎo)閥系統(tǒng)排水量大于針閥的進(jìn)水量，主閥控制室壓力下降。進(jìn)口壓力使主閥開啟。在穩(wěn)定狀態(tài)下，控制室進(jìn)水、排水相同，主閥開度不變，出口壓力穩(wěn)定。

圖2表示給水減壓閥當(dāng)進(jìn)口壓力P1一定時(shí)，出口壓力P2隨著流量變化的工況曲線。
對(duì)于比例式，其中有一段流量(ΔQ)，其壓力相對(duì)穩(wěn)定，因此流量在這段ΔQ內(nèi)變化，能滿足出口壓力P2相對(duì)固定的要求。比例式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，閥體體積小，適用于管徑較大的系統(tǒng)。在消防給水系統(tǒng)中，其壓力通常是通過比例設(shè)定的，宜選用比例式。對(duì)于可調(diào)式，流量Q的變化受到阻尼的影響，出口壓力P2隨著流量Q相應(yīng)變化。隨著公稱直徑的增大，可調(diào)式由于其結(jié)構(gòu)的原因造成價(jià)格增加很多?？烧{(diào)式適用于流量較小、水壓要求準(zhǔn)確的系統(tǒng)。在生活或生產(chǎn)給水系統(tǒng)中，由于流量變化較大，壓力要求也有波動(dòng)，宜選用可調(diào)式，并現(xiàn)場(chǎng)調(diào)定減壓值。選用時(shí)，應(yīng)按照產(chǎn)品樣本，查出各種公稱直徑的出口壓力調(diào)節(jié)范圍，小公稱直徑相對(duì)在低壓范圍內(nèi)調(diào)整，大公稱直徑相對(duì)在中壓范圍內(nèi)調(diào)整。

給水減壓閥的公稱直徑，應(yīng)按照設(shè)計(jì)秒流量或流量——水頭損失曲線選定，流量超過一定限值會(huì)產(chǎn)生噪聲。噪聲的產(chǎn)生與水流速度和閥體結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于壓差較大，閥瓣開啟度較小，其間的水流速度很大是產(chǎn)生噪聲的主要原因。

3.1 給水減壓閥設(shè)計(jì)原理比例式給水減壓閥選用原則
(1)閥前壓力與閥后壓力按照固定比例減壓，而且閥后壓力無需調(diào)節(jié);
(2)按照設(shè)計(jì)秒流量選定公稱直徑，而且設(shè)計(jì)秒流量應(yīng)在流量——壓力特性曲線的有效段內(nèi);
(3)給水減壓閥的壓力等級(jí)應(yīng)高于預(yù)定的閥前壓力;
(4)相應(yīng)于設(shè)計(jì)流量的閥后壓力應(yīng)滿足最不利點(diǎn)用水的水壓要求;
(5)減壓比不宜大于3:1，當(dāng)采用減壓比大于3：1時(shí)，應(yīng)避開氣蝕區(qū)。

3.2 可調(diào)式給水減壓閥選用原則
(1)閥后壓力可調(diào)節(jié)，或閥后壓力要求相對(duì)穩(wěn)定;
(2)按照流量——水頭損失曲線選定公稱直徑;
(3)給水減壓閥的壓力等級(jí)應(yīng)高于預(yù)定的閥前壓力;
(4)壓力等級(jí)1.0MPa的給水減壓閥的閥后壓力不應(yīng)大于0.8MPa，閥后壓力不應(yīng)小于0.05MPa;
(5)閥前壓力應(yīng)大于閥后動(dòng)壓0.2MPa;
(6)在生活給水系統(tǒng)中，閥前與閥后的壓差不宜大于0.4MPa，要求環(huán)境安靜的場(chǎng)所不應(yīng)大于0.3MPa，當(dāng)壓差超過規(guī)定值時(shí)，宜串聯(lián)設(shè)置;
(7)給水減壓閥的公稱直徑小于或等于50mm時(shí)，宜選用直接作用式;公稱直徑大于50mm時(shí)，宜選用先導(dǎo)式。

4. 給水減壓閥的材質(zhì)
給水減壓閥閥體與水接觸，若材質(zhì)為鑄鐵或碳鋼，使用有明顯的結(jié)垢和銹蝕。因而，材質(zhì)應(yīng)耐腐蝕，通常為黃銅或不銹鋼。
5. 給水減壓閥的配管設(shè)計(jì)
(1)供水保證率要求高，停水會(huì)引起重大經(jīng)濟(jì)損失的給水管道上，宜并聯(lián)設(shè)置2個(gè)給水減壓閥，1用1備工作，而且不得設(shè)置旁通管。
在設(shè)計(jì)中為保證系統(tǒng)、可靠的工作，宜采用成組并聯(lián)的設(shè)置，參見圖3。平時(shí)1組工作，另外1組備用。2組分別交替工作，它們同時(shí)發(fā)生故障的概率很小，可以不予考慮。對(duì)于單個(gè)給水減壓閥一次減壓不夠時(shí)，可以將2個(gè)串聯(lián)作為1組使用，但必須通過計(jì)算。不得設(shè)置旁通管，若采用旁通超越，則否定了減壓的意義，造成系統(tǒng)超壓，破壞用水設(shè)備。

(2)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，盡量不設(shè)置串聯(lián)減壓。一方面串聯(lián)減壓的供水可靠性差，其中一級(jí)發(fā)生故障就將影響整個(gè)系統(tǒng);另一方面，在系統(tǒng)的計(jì)算中，下一區(qū)的起點(diǎn)水壓是由上一區(qū)的出水水壓、水頭損失、高差決定的，它們相互影響。在計(jì)算中應(yīng)予以分別對(duì)待，以滿足各區(qū)的水壓要求。此外，系統(tǒng)中的給水減壓閥是不能無限地串聯(lián)的。若確實(shí)無法避免串聯(lián)，2個(gè)串聯(lián)的給水減壓閥之間設(shè)置3倍公稱直徑長(zhǎng)度的連接短管。若比例式和可調(diào)式串聯(lián)，則沿水流方向，比例式在前，可調(diào)式在后。
(3)比例式宜垂直安裝?？烧{(diào)式宜水平安裝，以盡量減少重力作用對(duì)調(diào)節(jié)精度的影響。
(4)為延長(zhǎng)給水減壓閥的使用年限，防止小流量時(shí)的水壓波動(dòng)，其公稱直徑宜比所在管段的管徑小二至三號(hào)。這樣，也可以節(jié)約投資。
(5)給水減壓閥前、后均設(shè)置切斷閥門，用于并聯(lián)交替工作的切換或檢修;需拆卸閥體才可檢修的給水減壓閥，設(shè)置管道伸縮器。
(6)給水減壓閥前應(yīng)設(shè)置管道過濾器，濾網(wǎng)采用14～18目/cm2的不銹鋼絲網(wǎng)或銅絲網(wǎng)。
(7)給水減壓閥節(jié)點(diǎn)處的前、后管段均設(shè)置壓力表，用于觀察其工作狀況和濾網(wǎng)的堵塞程度。

6. 給水減壓閥設(shè)計(jì)原理的安裝及維護(hù)
(1)安裝時(shí)必須使閥體水流方向與管段水流方向一致，不得反裝。
(2)安裝位置應(yīng)考慮觀察、調(diào)試、維護(hù)和檢修的方便。暗裝在閥門井或管道井中，應(yīng)在其相應(yīng)位置設(shè)置檢修口。
(3)比例式必須使平衡孔暴露在大氣中，不致堵塞。若暗裝，需為其提供必要的保護(hù)條件。
(4)給水減壓閥會(huì)因雜質(zhì)堵塞而導(dǎo)致動(dòng)作失靈，出現(xiàn)水流不暢、超壓、卡芯現(xiàn)象。因此，在安裝施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)
量管理，要求沖洗管段直至滿足清潔標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)行給水減壓閥和管道過濾器的安裝。
(5)每年宜進(jìn)行3～4次的檢查及清洗。通過給水減壓閥節(jié)點(diǎn)處的前、后管段的壓力表讀數(shù)以了解其工作狀況，分析有無堵塞，及時(shí)清洗管道過濾器濾網(wǎng)上的雜質(zhì)。有些可調(diào)式給水減壓閥，其主閥和先導(dǎo)閥自身配置了過濾器，同樣需要定期檢查及清洗。
(6)在使用一定年限后，需及時(shí)調(diào)整或更換易損件，如比例式的O型密封圈，可調(diào)式的彈簧和隔膜。對(duì)于比例式，當(dāng)平衡孔出現(xiàn)漏水時(shí)，很可能是O型密封圈磨損。

7.給水減壓閥設(shè)計(jì)原理 結(jié)束語
了解給水減壓閥的分類及原理，根據(jù)給水系統(tǒng)的要求，結(jié)合供水工況，正確地選用給水減壓閥，配管設(shè)計(jì)合理，并妥善地進(jìn)行安裝和維護(hù)，則不僅能夠保證應(yīng)用給水減壓閥的給水系統(tǒng)安全可靠地工作，延長(zhǎng)給水減壓閥的使用年限，而且節(jié)約投資，降低能耗。