給水減壓閥設計原理

減壓閥是供水系統的重要組成部分，對減小壓力減低損失發揮著重要作用，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中的應用和效果。闡述減壓閥的分類及原理，分析減壓閥的優點。結合供水工況，明確選用原則和配管設計要點，并指出安裝及維護要求。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局部水頭損失以達到減壓的目的。具體動作程序是通過啟閉件的節流將進口壓力穩定至某一個需要的出口壓力，并能在進口壓力及流量變化時利用介質本身能量保持出口壓力基本不變。

給水系統設計中常用的減壓孔板只能減動壓，不能減靜壓;而給水減壓閥既可以減動壓，也可以減靜壓。給水減壓閥可以簡化給水系統，防止系統超壓，避免水擊，保護用水設備，節約用水。目前，給水減壓閥已廣泛應用于各類分區給水系統中，尤其適用于高層建筑的生活及消防給水系統中。結合我國一些城市和企業供水系統使用大型減壓閥的實例,分析了安裝減壓閥的適用條件,作用及設備選型等方面的注意事項.

1. 給水減壓閥的分類及原理
按照結構形式分類，給水減壓閥分為比例式、可調式兩類，結構示意參見圖1。比例式的出口壓力與進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。比例式結構簡單，閥體只有一個活動部件活塞，活塞在截留口的前后面積不同。隨著流量的變化，截留口產生的阻力損失隨著進口、出口的壓力差變化，截留口的縫隙也變化，保持進口、出口的壓力按照固定比例。當沒有流量時，閥體的截留口*關閉實現減靜壓。

比例式的減壓效果好，無需人工調節，閥體體積小，便于加工制作，價格低廉，安裝、維護簡便，使用壽命長，但出口壓力不能調節。可調式的出口壓力可以按照需要進行調節，通過增強局部水頭損失以達到減壓的目的。進水通過截留口，降低的壓力作為反饋信號引到橡膠膜片下面，利用膜片與彈簧的力平衡關系，通過聯動閥芯使閥瓣保持在一定的開啟高度，得到相應的阻力系數，使出水壓力達到設定值。當達到關閉截留口的設定值時，實現減靜壓。調節彈簧的平衡力可以靈活地調節出口壓力。可調式的出口壓力相對穩定，動作反應靈敏，使用靈活，結構復雜，閥體體積大，價格較高。使用一段時間后，當出口壓力出現偏移時，可以調節后繼續使用。閥體內彈簧和隔膜在使用一定年限后，會出現彈性疲勞和老化現象，需及時調整或更換。按照控制方式分類，給水減壓閥分為直接作用式、先導式兩類。
直接作用式是利用出口壓力變化直接控制閥瓣運動。先導式由主閥和先導閥組成，出口壓力的變化通過先導閥控制主閥動作，并可使出口壓力穩定，又稱減壓穩壓閥。

2. 給水減壓閥設計原理

結合我國一些城市和企業供水系統使用大型減壓閥的實例,分析了安裝減壓閥的適用條件,作用及設備選型等方面的注意事項.優點
(1)簡化系統。
介紹了給水減壓閥的分類及原理,應用給水減壓閥的優點.結合供水工況,闡述了選用原則和配管設計要點,并明確了安裝及維護要求.在各類分區給水系統中，尤其是高層建筑的生活及消防給水系統中，由于材料、用水設備對水壓的要求，需進行分區供水。應用給水減壓閥，系統可以節省分區水泵，取消中轉或減壓水箱(池)。
(2)防止系統超壓，避免生活給水的二次污染。
應用給水減壓閥，可以防止系統超壓，避免水擊，保護用水設備，節約用水。在生活給水系統中，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。
應用給水減壓閥，可以解決相鄰分區邊界的供水矛盾。在消防給水系統中，給水減壓閥可以防止消防用水設備的超壓，保證系統正常工作。
(4)節約投資。
由于節省分區水泵及泵房面積，取消中轉或減壓水箱(池)，從而節約投資。

3. 給水減壓閥設計原理的選用
比例式的出口壓力與進口壓力是按照固定比例減壓的，可調式的出口壓力可以按照需要進行調節，應根據給水系統的要求，并考慮給水減壓閥的正常減壓范圍，正確地選用。當閥門從進口端給水時，水流過針閥進入主閥控制室，出口壓力通過導管作用到導閥上。當出口壓力高于導閥彈簧設定值時，導閥關閉。控制室停止排水，此時主閥控制室內壓力升高并關閉主閥，出口壓力不再升高。當閥門出口壓力降到導閥彈簧設定壓力時，導閥開啟，控制室向下游排水。由于導閥系統排水量大于針閥的進水量，主閥控制室壓力下降。進口壓力使主閥開啟。在穩定狀態下，控制室進水、排水相同，主閥開度不變，出口壓力穩定。

圖2表示給水減壓閥當進口壓力P1一定時，出口壓力P2隨著流量變化的工況曲線。
對于比例式，其中有一段流量(ΔQ)，其壓力相對穩定，因此流量在這段ΔQ內變化，能滿足出口壓力P2相對固定的要求。比例式結構簡單，閥體體積小，適用于管徑較大的系統。在消防給水系統中，其壓力通常是通過比例設定的，宜選用比例式。對于可調式，流量Q的變化受到阻尼的影響，出口壓力P2隨著流量Q相應變化。隨著公稱直徑的增大，可調式由于其結構的原因造成價格增加很多。可調式適用于流量較小、水壓要求準確的系統。在生活或生產給水系統中，由于流量變化較大，壓力要求也有波動，宜選用可調式，并現場調定減壓值。選用時，應按照產品樣本，查出各種公稱直徑的出口壓力調節范圍，小公稱直徑相對在低壓范圍內調整，大公稱直徑相對在中壓范圍內調整。

給水減壓閥的公稱直徑，應按照設計秒流量或流量——水頭損失曲線選定，流量超過一定限值會產生噪聲。噪聲的產生與水流速度和閥體結構有關。由于壓差較大，閥瓣開啟度較小，其間的水流速度很大是產生噪聲的主要原因。

3.1 給水減壓閥設計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節;
(2)按照設計秒流量選定公稱直徑，而且設計秒流量應在流量——壓力特性曲線的有效段內;
(3)給水減壓閥的壓力等級應高于預定的閥前壓力;
(4)相應于設計流量的閥后壓力應滿足最不利點用水的水壓要求;
(5)減壓比不宜大于3:1，當采用減壓比大于3：1時，應避開氣蝕區。

3.2 可調式給水減壓閥選用原則
(1)閥后壓力可調節，或閥后壓力要求相對穩定;
(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應高于預定的閥前壓力;
(4)壓力等級1.0MPa的給水減壓閥的閥后壓力不應大于0.8MPa，閥后壓力不應小于0.05MPa;
(5)閥前壓力應大于閥后動壓0.2MPa;
(6)在生活給水系統中，閥前與閥后的壓差不宜大于0.4MPa，要求環境安靜的場所不應大于0.3MPa，當壓差超過規定值時，宜串聯設置;
(7)給水減壓閥的公稱直徑小于或等于50mm時，宜選用直接作用式;公稱直徑大于50mm時，宜選用先導式。

4. 給水減壓閥的材質
給水減壓閥閥體與水接觸，若材質為鑄鐵或碳鋼，使用有明顯的結垢和銹蝕。因而，材質應耐腐蝕，通常為黃銅或不銹鋼。
5. 給水減壓閥的配管設計
(1)供水保證率要求高，停水會引起重大經濟損失的給水管道上，宜并聯設置2個給水減壓閥，1用1備工作，而且不得設置旁通管。
在設計中為保證系統、可靠的工作，宜采用成組并聯的設置，參見圖3。平時1組工作，另外1組備用。2組分別交替工作，它們同時發生故障的概率很小，可以不予考慮。對于單個給水減壓閥一次減壓不夠時，可以將2個串聯作為1組使用，但必須通過計算。不得設置旁通管，若采用旁通超越，則否定了減壓的意義，造成系統超壓，破壞用水設備。

(2)在系統設計中，盡量不設置串聯減壓。一方面串聯減壓的供水可靠性差，其中一級發生故障就將影響整個系統;另一方面，在系統的計算中，下一區的起點水壓是由上一區的出水水壓、水頭損失、高差決定的，它們相互影響。在計算中應予以分別對待，以滿足各區的水壓要求。此外，系統中的給水減壓閥是不能無限地串聯的。若確實無法避免串聯，2個串聯的給水減壓閥之間設置3倍公稱直徑長度的連接短管。若比例式和可調式串聯，則沿水流方向，比例式在前，可調式在后。
(3)比例式宜垂直安裝。可調式宜水平安裝，以盡量減少重力作用對調節精度的影響。
(4)為延長給水減壓閥的使用年限，防止小流量時的水壓波動，其公稱直徑宜比所在管段的管徑小二至三號。這樣，也可以節約投資。
(5)給水減壓閥前、后均設置切斷閥門，用于并聯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，設置管道伸縮器。
(6)給水減壓閥前應設置管道過濾器，濾網采用14～18目/cm2的不銹鋼絲網或銅絲網。
(7)給水減壓閥節點處的前、后管段均設置壓力表，用于觀察其工作狀況和濾網的堵塞程度。

6. 給水減壓閥設計原理的安裝及維護
(1)安裝時必須使閥體水流方向與管段水流方向一致，不得反裝。
(2)安裝位置應考慮觀察、調試、維護和檢修的方便。暗裝在閥門井或管道井中，應在其相應位置設置檢修口。
(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條件。
(4)給水減壓閥會因雜質堵塞而導致動作失靈，出現水流不暢、超壓、卡芯現象。因此，在安裝施工時應加強施工質
量管理，要求沖洗管段直至滿足清潔標準后方可進行給水減壓閥和管道過濾器的安裝。
(5)每年宜進行3～4次的檢查及清洗。通過給水減壓閥節點處的前、后管段的壓力表讀數以了解其工作狀況，分析有無堵塞，及時清洗管道過濾器濾網上的雜質。有些可調式給水減壓閥，其主閥和先導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，需及時調整或更換易損件，如比例式的O型密封圈，可調式的彈簧和隔膜。對于比例式，當平衡孔出現漏水時，很可能是O型密封圈磨損。

7.給水減壓閥設計原理 結束語
了解給水減壓閥的分類及原理，根據給水系統的要求，結合供水工況，正確地選用給水減壓閥，配管設計合理，并妥善地進行安裝和維護，則不僅能夠保證應用給水減壓閥的給水系統安全可靠地工作，延長給水減壓閥的使用年限，而且節約投資，降低能耗。