活塞式調(diào)流調(diào)壓閥在大型引水工程中應(yīng)用

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之前介紹 豎式安裝自力式壓力減壓閥注意事項(xiàng)，現(xiàn)在介紹活塞式調(diào)流調(diào)壓閥在大型引水工程中應(yīng)用長(zhǎng)距離引水中常設(shè)有調(diào)流消能閥。目前,小口徑調(diào)流閥應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟,大口徑的調(diào)流閥應(yīng)用較少。本文通過(guò)對(duì)錐形閥和活塞閥兩種形式調(diào)流閥的比較,以及對(duì)錐形閥結(jié)構(gòu)和消能效果的分析論證,證明大口徑調(diào)流閥采用錐形閥是*可行的,這為在線式大口徑調(diào)流閥型式選擇提供了參考性建議。調(diào)流閥是引水工程經(jīng)常需要的閥體調(diào)流閥分為浮球控制調(diào)流閥和電動(dòng)控制調(diào)流閥，廣泛應(yīng)用于流量控制領(lǐng)域如：污水處理廠、自來(lái)水廠入水口；排水管道流量控制；排水系統(tǒng)流量調(diào)度；市政排水管管理等工程項(xiàng)目中。是一種、環(huán)保、安全節(jié)能的新型流量控制產(chǎn)品。
活塞式調(diào)流調(diào)壓閥在大型引水工程中應(yīng)用由于調(diào)流閥控制系統(tǒng)復(fù)雜、控制精度要求較高；因此我國(guó)傳統(tǒng)閥門生產(chǎn)企業(yè)一般不能生產(chǎn)該種閥門，國(guó)內(nèi)使用的產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口，生產(chǎn)調(diào)流閥比較的有德國(guó)的Steinhardt公司、美國(guó)的部分企業(yè)。
LHS94X調(diào)流調(diào)壓閥采用活塞式設(shè)計(jì)，是本公司引進(jìn)國(guó)外及國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的一種型水力控制閥型產(chǎn)品，填充了國(guó)內(nèi)大型水力控制閥類似產(chǎn)品的空白。此閥應(yīng)用在項(xiàng)目當(dāng)中能夠?qū)λ艿缹?shí)現(xiàn)多功能控制，應(yīng)用在項(xiàng)目當(dāng)中能夠?qū)崿F(xiàn)：水位控制、減壓、止回、泄壓持壓、流量控制、爆管關(guān)閉、壓力波動(dòng)、排水等等功能，在水力管道當(dāng)中主管網(wǎng)安裝此閥門能夠替代各個(gè)單一功能的閥門，功能非常的多，但是價(jià)格稍貴，本公司能夠生產(chǎn)規(guī)格：DN100-DN2000的產(chǎn)品，此種的設(shè)計(jì)壓力可以為10公斤-100公斤，壓差可以達(dá)到40KG，在項(xiàng)目當(dāng)中可以立式安裝及臥式安裝()主要應(yīng)用在自來(lái)水管道的主管網(wǎng)、電廠、電站等介質(zhì)為水的項(xiàng)目當(dāng)中。
     LHS94X調(diào)流調(diào)壓閥采用流線型設(shè)計(jì)，使流體在閥體內(nèi)對(duì)水有著較好的引導(dǎo)作用，使閥門在工作時(shí)有效降低閥門的振動(dòng)及噪音，在長(zhǎng)久運(yùn)行也能保護(hù)良好的性能，其主要由：活塞、閥體、閥座、電動(dòng)裝置或者鍋輪等。活塞式調(diào)流調(diào)壓閥由前閥體、后閥體、閥桿、導(dǎo)流器和套筒等主要部件組成。采用不銹鋼制造的導(dǎo)流器固定在后閥體中腔，在其表面均勻的分布有噴流孔；套筒在活套在導(dǎo)流器上并與閥桿連接，通過(guò)外控部件控制套筒的位置，以調(diào)節(jié)閥門過(guò)流面積。外控部件可按照工況需求采用手動(dòng)、電動(dòng)、氣動(dòng)和液動(dòng)等多種形式。
     1、 閥 體
閥體包括前閥體和后閥體，在后閥體內(nèi)設(shè)有軸向?qū)ΨQ的流道。
2、 導(dǎo)流器
導(dǎo)流器是多功能活塞閥的關(guān)鍵部件，壁面上有許多腰型槽，所有腰型槽根據(jù)工況與介質(zhì)情況，按一定的組合規(guī)律布置。
1、概述
近幾年，隨著我國(guó)城市工業(yè)迅速發(fā)展，以及國(guó)家對(duì)水利基礎(chǔ)建設(shè)的重視，長(zhǎng)距離、跨流域、大規(guī)模調(diào)水工程陸續(xù)上馬。長(zhǎng)距離的調(diào)水工程都存在調(diào)水流量變化大或水源水庫(kù)水位變化大的特點(diǎn)，由此造成輸水末端在小流量或水源水庫(kù)高水位時(shí)，不但需要調(diào)流還需要消去富余水能，所以，在長(zhǎng)距離引水中都常設(shè)有調(diào)流消能閥。我國(guó)已建的南水北調(diào)、山西引黃、黑龍江磨盤山引水工程均設(shè)有調(diào)流閥，但在以上大型引水工程中使用的大調(diào)流閥直徑為1800mm。直徑大于2000mm的調(diào)流閥在國(guó)內(nèi)大型引水工程中尚未有使用先例，認(rèn)為大口徑調(diào)流閥在大型引水工程中應(yīng)用的可靠性有待研究。

2、活塞式調(diào)流閥和錐形閥比較
目前，比較常用的調(diào)流消能閥主要有活塞式和固定錐形兩種。活塞式調(diào)流閥的運(yùn)動(dòng)部件為活塞，流量調(diào)節(jié)是通過(guò)活塞軸向運(yùn)動(dòng)，改變活塞與外套筒間的過(guò)流面積實(shí)現(xiàn)的。錐形閥的運(yùn)動(dòng)部件為外套筒，流量調(diào)節(jié)是通過(guò)外套筒軸向運(yùn)動(dòng)，改變固定錐與外套筒間的過(guò)流面積實(shí)現(xiàn)調(diào)流的。
錐形閥與活塞閥比較，具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：
a.消能型活塞式調(diào)流閥的節(jié)流部件為網(wǎng)狀或條形開孔運(yùn)動(dòng)部件，輸送原水在小開度運(yùn)行時(shí)易堵塞。錐形閥過(guò)流為環(huán)狀開孔部分，輸送原水不易堵塞。
b.活塞閥消能部件與調(diào)流部件布置緊湊，閥體尺寸小。錐形閥的消能與調(diào)流分開布置，閥體尺寸較長(zhǎng)。
c.活塞閥運(yùn)動(dòng)部件在閥體內(nèi)，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。錐形閥的運(yùn)動(dòng)部件在閥體外，運(yùn)行維護(hù)方便。
d.錐形閥為雙軸驅(qū)動(dòng)外套筒結(jié)構(gòu)，直徑大小對(duì)操作結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響小。活塞式調(diào)流閥為單軸驅(qū)動(dòng)內(nèi)部活塞，內(nèi)部的活塞直徑越大，單桿驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性越差，所以直徑大于2000mm的活塞式調(diào)流閥存在操作運(yùn)行穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。目前，在國(guó)內(nèi)投入使用的大單軸驅(qū)動(dòng)的活塞式調(diào)流閥直徑為1.8m，而大放空型錐形閥直徑為4m。
通過(guò)以上比較可以看出，兩種型式調(diào)流閥各有優(yōu)缺點(diǎn)，直徑小于2m的在線式活塞式調(diào)流閥應(yīng)用較多，技術(shù)成熟。但大口徑活塞式調(diào)流閥存在操作穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，所以從結(jié)構(gòu)上看，錐形閥更適合作為大口徑調(diào)流閥應(yīng)用。放空型錐形閥使用歷史悠久，技術(shù)成熟，已早被人們所熟知。但作為在線調(diào)流閥，在工程上應(yīng)用較少，其可行性也備受質(zhì)疑，下面對(duì)錐形閥用于在線調(diào)流消能的可靠性做詳細(xì)論證。
3、固定錐形閥消能效果論證
3.1、錐形消能閥技術(shù)性能
3.1.1、閥門的消能和抗氣蝕的能力
錐形消能閥作為在線式調(diào)流閥不但應(yīng)具有調(diào)流功能還應(yīng)具有良好的消能能力。在線式的錐形閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。從結(jié)構(gòu)圖上可以看出，在線式的錐形閥在出口加裝了速度導(dǎo)流器和能量導(dǎo)流裝置，保證消能閥具有良好的消能效果和抗氣蝕能力。
大口徑調(diào)流閥應(yīng)用研究

圖1 錐形閥結(jié)構(gòu)示意圖
錐形閥后設(shè)能量導(dǎo)流器，使出口高速水流與導(dǎo)流片碰撞，消減速度水頭，消減能量。未加裝能量導(dǎo)流器的錐形閥，消能率為60%，加裝能量導(dǎo)流器的錐形閥消能率達(dá)90%。
消能閥大的問(wèn)題是在前后大壓差小開度條件下運(yùn)行時(shí)，出口高速出流，出口管壁易氣蝕。固定錐形閥后端為錐形結(jié)構(gòu)，使氣蝕發(fā)生的部位不在噴管的管壁上，通過(guò)設(shè)在閥門后端的速度和能量導(dǎo)流器，使氣蝕區(qū)域與閥體的金屬壁分開，氣泡在閥體的內(nèi)部破裂，而非在閥體內(nèi)金屬壁破裂，同時(shí)，能量導(dǎo)流器可以避免閥門后端管道受氣蝕的破壞。即使在出口壓力為負(fù)壓時(shí)，仍保證良好的抗氣蝕特性。大壓差消能運(yùn)行時(shí)，允許的噴管流速可達(dá)16m/s，抗氣蝕指數(shù)可達(dá)0.15，具有較好的抗氣蝕性能。
大壓差出口高速出流時(shí)，通過(guò)導(dǎo)流裝置，使出口水流迅速混合，變成穩(wěn)定的層流，對(duì)閥后管道影響較小。加設(shè)速度導(dǎo)流器和能量導(dǎo)流裝置在線式調(diào)流錐形閥，允許的前后大壓差為2MPa。

3.1.2、閥門的過(guò)流能力
消能閥在高水頭時(shí)，盡可能消減水頭，而在低水頭時(shí)，又需要過(guò)更大的流量。所以，既要有消能能力，又要有較好的過(guò)流能力。過(guò)流能力取決于大開度下的流阻系數(shù)，消能型固定錐形閥大開度下的流阻系數(shù)為1.35～2。與活塞式消能閥的流阻系數(shù)基本一樣。
3.1.3、閥門的可靠性
固定錐形閥閥門上設(shè)有人孔，不用拆卸閥體，即可通過(guò)人孔進(jìn)入閥體進(jìn)行維修。固定錐形閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在閥體外部，維修方便。固定錐形閥的前端密封采用金屬硬密封，閥門的壽命期內(nèi)不需更換。
固定錐形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)結(jié)構(gòu)*對(duì)稱，運(yùn)行穩(wěn)定好，振動(dòng)小，磨損少，可靠性較高。
3.2、錐形閥模型試驗(yàn)
放空型錐形閥早于1989年在美國(guó)Hartman公司進(jìn)行模型試驗(yàn)。在線式的錐形閥于1997年和1999年在美國(guó)猶他州水能實(shí)驗(yàn)室完成了在線式的錐形閥模型試驗(yàn)，對(duì)DN150的在線式錐形閥的流量系數(shù)、阻力系數(shù)、消能率、氣蝕系數(shù)、補(bǔ)氣進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。主要試驗(yàn)結(jié)果如下：
a.出口高流速達(dá)到16m/s，閥門無(wú)振動(dòng)。
b.帶速度導(dǎo)流器錐形閥全開度下的流量系數(shù)為950，能量消除率達(dá)到55%～65%，全開度阻力系數(shù)為1.2，10%開度阻力系數(shù)為100。
c.帶速度和能量導(dǎo)流器錐形閥全開度下的流量系數(shù)為910，能量消除率達(dá)到90%，全開度阻力系數(shù)為1.5，10%開度阻力系數(shù)為110(見(jiàn)圖2)。
大口徑調(diào)流閥應(yīng)用研究

圖2 帶能量導(dǎo)流器和速度導(dǎo)流器的錐形閥排放系數(shù)曲線
d.帶速度和能量導(dǎo)流器錐形閥的抗氣蝕系數(shù)達(dá)到3.5(見(jiàn)圖3)。
大口徑調(diào)流閥應(yīng)用研究

圖3 帶能量導(dǎo)流器和速度導(dǎo)流器的錐形閥氣蝕性能曲線
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥對(duì)錐形閥的結(jié)構(gòu)分析以及美國(guó)的模型試驗(yàn)報(bào)告證明帶速度和能量導(dǎo)流器的錐形閥具有較好的消能、抗氣蝕及流量調(diào)節(jié)性能，作為在線式調(diào)流閥是*可行的。
4、工程實(shí)例
據(jù)相關(guān)資料介紹放空型的錐形閥早在1940年在美國(guó)開始生產(chǎn)并投入使用，在線式錐形閥于1997年開始研發(fā)并投入使用。2003年建設(shè)的中國(guó)臺(tái)灣高雄引水工程采用的調(diào)流設(shè)備是DN2600的在線式錐形調(diào)流閥，該工程已運(yùn)行多年，至今運(yùn)行良好。

2008年，我院設(shè)計(jì)的越南達(dá)門采用DN3000錐形閥作為電站旁通消能設(shè)施，設(shè)備已成功投入運(yùn)行。經(jīng)過(guò)多方技術(shù)分析論證，觀音閣引水工程采用DN2600的錐形閥作為在線式流量控制及消能閥。
5、結(jié)論
通過(guò)以上對(duì)在線式錐形閥的結(jié)構(gòu)和模型試驗(yàn)、技術(shù)性能參數(shù)分析研究以及國(guó)內(nèi)外已投入運(yùn)行工程的介紹，可以證明錐形閥作為在線式調(diào)流閥是*可行的，可以在大型引水工程中使用。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：減壓閥裂紋檢修