供水管網先導式減壓穩(wěn)壓閥選型原則

<一>、供水管網先導式減壓穩(wěn)壓閥選型原則結構尺寸優(yōu)化

對于減壓閥，活塞的大小與啟閉力相關，決定閥門的動態(tài)特性?；钊拇笮∈翘淄彩綔p壓閥的核心參數，需要對其進行優(yōu)化設計。套筒式減壓閥有兩個活塞，活塞尺寸優(yōu)化是一個典型的多目標約束優(yōu)化問題；而對于執(zhí)行器，其大小決定了壓力監(jiān)控系統(tǒng)的工作范圍、穩(wěn)定性和性，過小的直徑會縮小出口壓力的調節(jié)范圍，過大的直徑又會造成控制系統(tǒng)的泄漏。對于先導式減壓閥的關鍵參數，包括減壓閥的活塞尺寸和執(zhí)行器的膜片尺寸，建立優(yōu)化設計模型并求解，一組確定的結果是智能減壓閥動態(tài)特性的基礎。

相對常規(guī)閥門來說，減壓閥常在較小開度工作，前后壓差大，流速高，噪聲大。當閥前后壓差達到臨界狀態(tài)時，減壓閥內部會產生氣蝕現象。氣蝕也稱空化，是一種水力動現象，是引起閥門振動、噪聲的主要因素，它會腐蝕金屬，嚴重時對設備造成損傷，影響閥門的工作性能，降低使用壽命。其它條件時，加大節(jié)流孔孔距和采用小的孔徑可以提高閥門的抗氣蝕能力、降低噪聲的產生，但是同時也降低了閥門的流量系數，減少閥門的過流能力。因此，就孔距和孔徑參數對動的影響規(guī)律展開研究，使噪聲、氣蝕、流量系數之間取得較優(yōu)平衡的孔徑和孔距參數，是減壓閥需要解決的關鍵技術問題。

當閥后壓力超過設定壓力時，導閥關閉，導閥閥前壓力等于減壓閥上游壓力，減壓閥活塞缸壓力升高，驅動閥門關閉。當下游壓力正常時，導閥開啟，導閥閥前壓力自動下降。當閥后壓力低于設定值時，導閥開度增加，導閥閥前壓力近似等于減壓閥閥后壓力，減壓閥活塞缸壓力降低，閥門自動開啟。當下游壓力正常時，導閥開度恢復正常。當閥后壓力在設定值附近波動時，導閥開度近似維持不變，導閥閥前壓力基本維持不變，減壓閥活塞腔壓力的微小波動不會造成減壓閥的響應，閥后壓力不產生顯著變化，減壓閥開度維持不變。

傳統(tǒng)減壓閥的壓力設定是通過人為調整導閥上的螺母來實現的，螺母壓緊彈簧，彈簧的預壓縮量越多，閥后壓力設定值越高；反之彈簧的預壓縮量越少，閥后壓力越低。200X型先導式減壓閥是通過調節(jié)，使吸氣口的壓力減少到有出口壓力，并根據介質自身的能量，使出口壓力自動穩(wěn)定的閥，從流體力學的觀點來看，減壓閥是局部阻力可變化的節(jié)流元件，200X型先導式減壓閥通過改變節(jié)流面積，改變流速和流體的動能，實現不同的壓力損失，實現減壓的目的，并且通過控制和調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)，使閥門后壓力波動和彈簧力平衡，使閥后壓力在特定的誤差范圍內保持特定。

供水管網先導式減壓穩(wěn)壓閥選型原則適用原則：

1、200X型先導式減壓閥進氣口壓力的波動應控制在進氣口壓力給定值的80%～105%，如超過該范圍，減壓閥的性能會受影響。

2、在介質工作溫度比較高的場合，一般選用200X型先導式減壓閥或先導式波紋管減壓閥。

3、200X型先導式減壓閥的介質為空氣或水（液體）的場合，一般宜選用直接作用薄膜式減壓閥或先導式薄膜式減壓閥。

4、通常減壓閥的閥后壓力Pc應小于閥前壓力的0.5倍，即Pc<0.5P1。

5、200X型先導式減壓閥的介質為蒸汽的場合，宜選用200X型先導式減壓閥或先導波紋管式減壓閥。

6、減壓閥的每一檔彈簧只在特定的出口壓力范圍內適用，超出范圍應替換彈簧。

7、為了操作、調整和維修的方便，200X型先導式減壓閥一般應安裝在水平管道上。

【二】、供水管網先導式減壓穩(wěn)壓閥選型原則靜態(tài)特性分析

200X型先導式減壓閥特性分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性包括調壓范圍和穩(wěn)定性。

調壓范圍指減壓閥輸出壓力滿足規(guī)定的穩(wěn)壓精度的可調節(jié)范圍。穩(wěn)定性指減壓閥處于穩(wěn)定工作狀態(tài)下，輸出壓力的波動程度。為獲得優(yōu)的靜態(tài)特性，需對減壓閥調壓范圍和穩(wěn)定性的影響因素進行分析。

1調壓范圍分析

在其他結構參數固定的情況下，調壓范圍主要依靠選擇合適的調壓彈簧來確定。在輸入壓力為1MPa、流量1352kg/h和2.1MPa、流量2957kg/h兩種情況下，分別取調壓彈簧剛度為原剛度的0.2，0.5，0.8，1.5，2，2.5，5，10倍，在不同剛度下，輸出壓力能達到規(guī)定精度(5%)的調壓范圍。經仿真試驗，不同調壓彈簧剛度下，規(guī)定精度內的調壓范圍。

2穩(wěn)定性分析

減壓閥的穩(wěn)定性可由穩(wěn)態(tài)下輸出壓力的波動頻率和波動幅值來判斷。由于200X型先導式減壓閥出口壓力波動的存在，在現行減壓閥安裝使用中，減壓閥與下游閥門之間需保留50倍管徑以上，以緩沖壓力波動對下游設備的影響。故良好的穩(wěn)定性，可以減少壓力波動對設備的損壞，同時減少下游緩沖管道長度，節(jié)省成本。穩(wěn)態(tài)下，輸出壓力波動由主閥口上下運動引起，降低主閥上下運動頻率和幅值，可以降低單位時間內主閥膜片的疲勞損傷，從而延長膜片使用壽命。據，膜片疲勞損壞是減壓閥不能正常工作的主要原因之一。為提高導控型減壓閥質量，有對輸出壓力波動頻率和幅值的影響因素進行要深入研究，為后續(xù)結構參數優(yōu)化和疲勞分析提供依據。

<二>、供水管網先導式減壓穩(wěn)壓閥選型原則壓力管理研究現狀

供水管網的壓力與管網漏損、爆管率相關，是供水用戶與供水企業(yè)都關注的重要指標。對于自來水用戶來說，供水壓力是表征供水質量的直觀要素，供水壓力高低波動會影響用戶的正常使用，這往往成為客戶投訴的主要原因；對于企業(yè)來說，供水壓力帶來的一系列問題直接影響企業(yè)的經濟效益。為了管網中壓力較低點的用戶的供水壓力，在確定泵房和分水口壓力時，常以壓力較低點(或稱較不利點)的壓力作為指標。這樣存在兩個問題：一是距離泵房或減壓閥近的點，供水壓力較高：二是當夜間流量降低時，較不利點的壓力也會升高。因此，管網閥門的布置優(yōu)化和管網壓力的合理調度策略成為近年來相關人員學術研究和工程應用的主要內容。

在，目前壓力管理的產品已經比較成熟，壓力管理(PMA)一般以分區(qū)計量(DMA)一同實施。在較近實施的工程實踐中，調壓閥門一般都是減壓閥(PRV)也有一部分自來水公司在壓差低于200kPa的場合采用蝶閥來調壓。對于單入口的供水網絡，區(qū)域內的壓力只受用水流量和調壓閥開度的影響，調壓閥的控制較簡單；而對于多入口網狀形供水網絡，區(qū)域內的壓力不僅受到用水流量的影響，而且受到多個調壓閥的共同影響。對于多臺調壓閥的控制策略將變得復雜，應使用智能算法實現錯時調節(jié)，并對間隔時間有嚴格的要求，否則會產生振蕩現象。

供水管網先導式減壓穩(wěn)壓閥選型原則安裝要求：

(1)可垂直或水平安裝，先200X先導式減壓閥Y42X-16安裝中應注意減壓閥進水方向，不可顛倒。

(2)閥前應安裝過濾器，以便保護減壓閥，延長使用壽命。安裝前對管路系統(tǒng)進行沖洗清理，以防焊渣、氧化皮等臟物流入閥門，影響閥門正常工作。

(3)閥前后應設截止閥，便于維修時切斷水源。為產品的正常維護和不間斷供水，應采用并聯安裝方式。

(4)閥前后如設置壓力表，壓力表與減壓閥門   或出口端應保持5DN以上距離。

(5)   壓力不小于0.2Mpa，小于0.2Mpa時穩(wěn)壓性能變差(出口壓力誤差加大)。

供水管網先導式減壓穩(wěn)壓閥選型原則安裝要求：

◆進出口壓力應不小于0.2Mpa，小于0.2Mpa穩(wěn)壓性能變差(出口壓力誤差加大)。

◆安裝時應注意閥體箭頭標注方向。為方便維護保養(yǎng)，應在減壓閥周圍留特定空間。

◆建議在管網系統(tǒng)中安裝排氣閥，以便減壓閥能穩(wěn)定工作。

供水管網先導式減壓穩(wěn)壓閥選型原則

目前應用的200X型先導式減壓閥有自力式和電動閥兩類，自力式采用基于壓力負反饋的水力驅動，在控制系統(tǒng)休眠時，機械系統(tǒng)能自動閥后壓力并通過水力驅動開度變化使閥后壓力保持在士6%的精度內。相對自力式不消耗動力電源的工作模式，200X型先導式減壓閥每一次開度調節(jié)都需要動力電源來驅動，但電動減壓閥的控制精度要高一些，對背景漏失的控制，因此，減壓閥及其控制策略的選擇應以總體能耗為目標變量來進行優(yōu)化分析。目前在供水管網壓力管理的研究主要包括四個方面，即壓力管理與漏損相關性研究、壓力控制策略優(yōu)化、減壓閥布置優(yōu)化、壓力管理綜合優(yōu)化研究。