水力組合式減壓閥設計規范

 結合水力減壓閥在供水管網中的應用實例，考察了其使用效果和穩定性，以及管網運行狀態的變化。結果表明水力減壓閥能夠穩定控制閥后壓力并平衡管網壓力，調節精度高，實現顯著的節水效果，且具有較高的投入產出性價比。主要由主閥、控制導閥、過濾器、針閥、球閥及旁通管道節流部分等組成和。上海一環生產的組合式減壓閥適用于溫≤80℃的水及非腐蝕性液體(汽油、煤油)和氣體等需要降低到一定范圍的設備和管路系統上,通過調節將進口壓力降低至某一需要的出口壓力值。當進口力或流量發生變化時,靠介質本身的能量可自動保持出口壓力在一定的范圍內。

供水企業對供水管網漏損管理的重視程度日益提高，尤其是水資源匱乏的城市，解決管網漏損和節約水資源等問題迫在眉睫。為了加快達成“水十條"要求的目標，快速實現節水，降低漏損率，采用壓力控制手段是解決問題的有效途徑之一。與使用閘閥或蝶閥進行壓力控制相比，水力減壓閥具有更強的快速節水效果、平衡管網壓力、減少爆管、延長管網使用壽命等優勢，能穩定、精準調壓，降低漏失率。水力減壓閥控制閥后的壓力波動越小，說明減壓閥的性能越好。水力減壓閥使用卷簾式隔膜，能夠在低流量下精準調壓，使管網正常運行。市場上的減壓閥品牌眾多，良莠不齊，節水效果也不同。筆者研究了適合供水管網實施壓力控制的減壓閥應該具備的性能，并分析了水力減壓閥性能對壓力控制的影響。

1 水力組合式減壓閥設計規范的節水效果與管網運行

某區域有2個DN600入水口，其上游管道為同一條DN1200的管道。該區域供水服務面積約為10 km2，供水服務人口約為26.8萬，用水戶約為10萬，管線總長為215 km，以球墨鑄鐵管為主。該區域在水廠附近，管網壓力較高，有冗余水頭。為實現區域精細化壓力管理，平衡區域壓力，延長管網資產壽命，采取壓力控制策略。由于管網拓撲結構和水力工況復雜，2個入水口直線距離相距2 km，增加了壓力控制的難度。選擇品水力減壓閥，圖1中圓點表示減壓閥的安裝位置，三角形表示壓力監測關鍵節點。

基本性能：

（1） 減壓閥調壓范圍：它是指減壓閥輸出壓力P2的可調范圍，在此范圍內要求達到規定的精度。調壓范圍主要與調壓彈簧的剛度有關。 

（2） 減壓閥壓力特性：它是指流量g為定值時，因輸入壓力波動而引起輸出壓力波動的特性。輸出壓力波動越小，減壓閥的特性越好。輸出壓力必須低于輸入壓力—定值才基本上不隨輸入壓力變化而變化。

（3） 減壓閥流量特性：它是指輸入壓力—定時，輸出壓力隨輸出流量g的變化而變化的持性。當流量g發生變化時，輸出壓力的變化越小越好。一般輸出壓力越低，它隨輸出流量的變化波動就越小。

2 水力組合式減壓閥設計規范在低流量下的穩定性

某市城中村A村的供水管道老化，腐蝕嚴重。供水管道私拉亂接、隨意占公共管道情況嚴重，巡查難度大，漏點定位困難，爆管事件較多，檢修難以及時有效進行，影響管網壓力。管網改造資金短缺、房屋老舊、住房密集等因素，導致改造難度加大。通過投入產出比的分析，采用壓力控制手段解決問題。

由主閥、控制導閥、過濾器、針閥、球閥及旁通管道節流部位等組成。適用于溫度≤80℃的水及非腐蝕性液體（汽油）和氣體等需要降低到一定范圍的設備和管路系統上，通過調節將進口壓力降低至某一需要的出口壓力值。當進口力或流量發生變化時，靠介質本身的能量可自動保持出口壓力在一定的范圍內。

水力組合式減壓閥設計規范工作原理：

   當調節彈簧處于自由狀態時，主閥和導閥呈關閉狀態。擰動調節螺釘，由介質推開導閥，同時進入主閥橡膠薄膜腔室與調節彈簧的壓力保持平衡，進入主閥橡膠薄膜腔室，使橡膠膜片向上，主閥打開，介質流向出口（此時截止閥打開，保持腔室一定的壓力），出口介質再反饋至橡膠薄膜上方腔室和導閥下方腔室。當出口壓力時，導閥的膜片上移，導閥開度減少，使腔室的介質壓力下降，同時腔室壓力下降，主閥橡膠薄膜下移，主閥的開度減小，出口壓力下降，達到新的平衡；反之亦然。

最初投入品牌水力減壓閥，根據該村用戶的用水習慣和臨時壓力監測點的數據尤其在低流量時段，水力減壓閥仍能夠保證閥后壓力穩定，調壓精確，未出現因減壓閥無法啟動造成的停水事件。平均日節水量為1 000 m3，年節水量為136×104 m3，投資回收期為3個月。壓力控制前后所對應的半年維修量分別為239和21處，減少了爆管事件和維修工單，提高了用戶滿意度。

3 水力組合式減壓閥設計規范在未調壓狀態下的水頭損失

水力減壓閥安裝后，會讓其穩定一段時間再進行調壓工作，以排除設備本身引起的管網運行異常。在這段期間，減壓閥處于未調壓工作狀態，即全開狀態。以甲DMA為例，該DMA日用水量為530 m3/d，時用水量為36.56 m3/h，入口安裝DN200的品牌B水力減壓閥，采取固定輸出壓力控制法，壓力策略制定為30 mH2O。圖5所示為減壓閥在全開狀態下的水頭損失情況。可以看出，由于減壓閥未進行調整，所以閥后壓力即是設備本身的水頭損失后的壓力。該品牌的減壓閥在此管網水力工況下，水頭損失平均為5.13 mH2O。管網水力工況與甲DMA相似，該DMA日用水量為542 m3/d，時用水量為35.98 m3/h，入口安裝DN200的品牌X水力減壓閥，采取固定輸出壓力控制法，壓力策略制定為30 mH2O。減壓閥全開狀態下的運行情況如圖6所示，該設備的平均水頭損失為2.01 mH2O。

水力組合式減壓閥設計規范主要技術參數和性能指標:

水力組合式減壓閥設計規范主要零件材料：

4 水力組合式減壓閥設計規范的設備故障分析

以丙DMA為例，該DMA日用水量為950 m3/d，時用水量為68.56 m3/h，入口安裝DN200的品牌C水力減壓閥，采取固定輸出壓力控制法，壓力策略制定為30 mH2O。平均每隔1個月減壓閥會出現故障。維修正常后，閥后壓力波動也隨著時間幅度不斷增大。2015年12月重新更換減壓閥主要部件后運行至今，壓力波動穩定。已在200個區域或DMA投入使用，穩定運行最長時間為5年，僅發生1例減壓閥故障維修事件：DN400管道供水的區域實施壓力控制，由于閥前后壓差比較大(2 ∶1)，導致該區域更換了運行3.5 a后的隔膜。

水力組合式減壓閥設計規范選用：

根據使用要求選定減壓閥的類型和調壓精度，再根據所需大輸出流量選擇其通徑。決定閥的氣源壓力時，應使其大于高輸出壓力0．1MPa。減壓閥一般安裝在分水濾氣器之后，油霧器或定值器之前，并注意不要將其進、出口接反；閥不用時應把旋鈕放松，以免膜片經常受壓變形而影響其性能。一種利用水壓進行自我調節的減壓閥穩壓閥，在進口壓力和流量產生變化的時候保持出口的壓力和流量穩定。其實現自力控制，調試簡單，運行可當管道流量為0的時候，減壓閥進入全關閉狀態，閥后壓力保持低壓（可減靜壓） 如圖所示:當P1變化時減壓閥的出口首先表現為P2±△P2通過反饋系統出口管傳到控制閥，使Pt=Pk±△P2；從而L發生相應變化，導致±△Pe的變化，經壓力導管導致Pk的相應變化，Pt與Pk達到新的平衡，主閥的過流面積H相應變化，因此，P1變化，而通過H的流量不變。P2始終是原整定的低壓值。當流量變化時，減壓閥自我調節工作原理也如同上。

5 水力組合式減壓閥設計規范結論

① 從供水管網流量到接近于零流量的工況下，水力減壓閥調節過程平穩，壓力穩定，調壓精確。

② 采用閘閥或蝶閥進行壓力控制時，在高峰用水階段管網水頭損失較大，管網壓力不平衡。水力減壓閥能夠穩定控制閥后壓力并平衡管網的壓力，調節精度高，快速實現顯著的節水效果。同時，投入產出的性價比較高。

③ 水力減壓閥能夠保證調壓過程的穩定性，尤其是在低流量下的穩定性。水力減壓閥在低流量時不會因開度太小而產生震動，或出現無法啟動的情況，避免了管道因震動產生滲漏、損壞等情況。對于性能比較差的水力減壓閥，需要在主管道旁安裝低流量旁通調節閥，以保障低峰時段的用水需求，但壓力調控效果較差，安裝空間要求大，土建和設備成本高。

④ 水力減壓閥的閥體、導向閥軸、閥體、導閥、閥座、密封件等主要部件選擇的安全材質和設計理念，以及選擇的涂層涂料等，都會影響減壓閥的工作性能和使用壽命。

⑤ 水力減壓閥具備操作簡便、可靠性高、提供現場便捷的維修性能，降低了維護成本費用以及減壓閥損壞帶來的直接或間接經濟損失。