范建強(qiáng)

(遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局， 遼寧 沈陽(yáng) 110166)

VAG調(diào)流閥的設(shè)計(jì)選型

范建強(qiáng)

(遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局， 遼寧 沈陽(yáng) 110166)

調(diào)流閥在大伙房水庫(kù)輸水工程的重力流運(yùn)行調(diào)度過(guò)程中起到了非常重要的作用，其獨(dú)特的環(huán)形流線進(jìn)口、軸向收縮出口消能部件結(jié)構(gòu)，確保了工程運(yùn)行投入的充水調(diào)度、初期供水的高壓消能、中期供水的流量調(diào)配的需要，是工程安全有序運(yùn)行的重要設(shè)備。本文從工程設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對(duì)VAG調(diào)流閥的公稱壓力等級(jí)PN值、出口形式、通徑大小、閥門(mén)系列等重要參數(shù)進(jìn)行了詳盡分析，并確立了這些參數(shù)的計(jì)算及優(yōu)化設(shè)計(jì)依據(jù)，以期為工程設(shè)計(jì)確立最優(yōu)的調(diào)流閥型號(hào)以及為類似工程提供重要的借鑒參考。

VAG調(diào)流閥；結(jié)構(gòu)；選型

1 引 言

大伙房水庫(kù)輸水工程是一項(xiàng)跨流域的調(diào)水工程，具有供水目標(biāo)多、供水流量大、運(yùn)行工況極為復(fù)雜的特點(diǎn)，全線采用串聯(lián)加壓重力流的輸水方式[1]。自2010年11月14日正式投入運(yùn)行起，工程已連續(xù)、安全、有序運(yùn)行4年，在此期間，工程沿線布設(shè)的23臺(tái)VAG調(diào)流閥在工程的運(yùn)行調(diào)度過(guò)程中起到了非常重要的作用，特別體現(xiàn)在管線初期投運(yùn)充水及故障檢修再充水控制、靈活性適應(yīng)眾多供水支線的流量壓力調(diào)度需求、有效解決工程消能安全三個(gè)方面，是工程運(yùn)行必不可少的設(shè)備設(shè)施。

現(xiàn)如今，隨著輸配水工程建設(shè)項(xiàng)目的與日俱增，如何根據(jù)工程的設(shè)計(jì)、構(gòu)造特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性、合理的調(diào)流閥選型將成為工程建設(shè)的一項(xiàng)重要課題。

2 VAG調(diào)流閥的結(jié)構(gòu)原理

調(diào)流閥的生產(chǎn)制造廠家眾多，但調(diào)流閥的設(shè)計(jì)選型及設(shè)備型號(hào)基本類似，本文結(jié)合大伙房水庫(kù)輸水工程的運(yùn)行實(shí)踐，以VAG系列調(diào)流閥作為研究對(duì)象予以說(shuō)明。

圖1 VAG調(diào)流閥的結(jié)構(gòu)

如圖1所示，VAG系列調(diào)流閥均為柱塞閥，在進(jìn)口處，管線的水流沿弧狀柱塞體環(huán)形流入腔體，并在水流出口軸向收縮，考慮到消能、調(diào)壓調(diào)流的需求，常在出口處安裝消能部件，并與活塞體內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)裝置連接。在運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)通過(guò)聯(lián)動(dòng)曲軸帶動(dòng)節(jié)流消能部件做伸縮運(yùn)動(dòng)，通過(guò)這種改變調(diào)流閥出口開(kāi)度的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)工程運(yùn)行調(diào)度的目的。據(jù)文獻(xiàn)可知，該構(gòu)造調(diào)流閥消能與流量型的轉(zhuǎn)化拐點(diǎn)約為50%開(kāi)度[2]。

3 VAG調(diào)流閥的設(shè)備參數(shù)選擇

3.1 公稱壓力等級(jí)PN值

VAG系列調(diào)流閥的公稱壓力等級(jí)主要有10、16、25、40四種，PN10意味著公稱壓力等級(jí)為10bar，相當(dāng)于10公斤壓力，即1.0MPa。通常來(lái)講，閥門(mén)工程壓力等級(jí)要與相應(yīng)的連接管線設(shè)計(jì)或校核壓力相匹配，并與閥門(mén)材質(zhì)類別一一對(duì)應(yīng)。

對(duì)于管流而言，管線的設(shè)計(jì)壓力是指給水管道系統(tǒng)在管內(nèi)壁上的最大瞬時(shí)壓力，包含管線在正常運(yùn)行情況下承受的最大持續(xù)工作壓力和殘余水錘壓力兩部分。需要注意的是，VAG調(diào)流閥的束流結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，承受的殘余水錘壓力值要較相應(yīng)管段大，因而公稱壓力值選擇應(yīng)大于管段的設(shè)計(jì)壓力值。

3.2 出口形式

VAG調(diào)流閥的出口形式常有E型、S型、F型、LH型、SZ型等多種類型。不同出口形式，適用于不同的功能工程，對(duì)于重力流引水工程而言，調(diào)流調(diào)壓及消能安全是首要的目標(biāo)，因而常選擇流量調(diào)節(jié)與消能并重的SZ出口形式。

SZ系列的出口形式對(duì)應(yīng)VAG調(diào)流閥的出口節(jié)能部件，是可以更換的部件結(jié)構(gòu)。VAG調(diào)流閥根據(jù)工程的實(shí)際需要，提供了以下多種常用的形式，比如7.5、10、12、15、20、25、30、35、40、10%～30%、30%～20%、30%～50%、10%～50%等等，需要說(shuō)明的是，對(duì)于某些特殊工程，比如高壓差的消能閥也可以單獨(dú)的出口形式設(shè)計(jì)。

SZ系列出口形式的具體設(shè)計(jì)選型，需要引進(jìn)氣蝕參數(shù)σ，其計(jì)算的Thoma公式形式為：

(1)

式中，H2——下游壓力，mWC；

HAT——大氣壓，對(duì)應(yīng)10mWC；

Hd——飽和蒸汽壓，在水溫為20℃時(shí)，取值約0.23mWC；

H1——上游壓力，mWC；

υ——斷面流速，m/s。

選型前，先確定最不利的產(chǎn)生氣蝕的工況，即高壓差、低背壓工況，計(jì)算該工況下的σmin，VAG廠家會(huì)提供在不同出口形式、不同開(kāi)度下的氣蝕曲線，比對(duì)之下，則可以得出最優(yōu)的出口形式。

計(jì)算舉例：已知某工程最不利的氣蝕工況為：下游水頭H2=10m，最高壓差為40m，管線管徑大小為3000mm，試確立最優(yōu)的出口形式。

第一步：計(jì)算最不利工況下的σmin值，其值約為0.49；

第二步：依據(jù)VAG生產(chǎn)廠家提供的某種特定出口形式下的氣蝕曲線，并將σmin標(biāo)示在同一圖中(見(jiàn)圖2)。

由圖2可知，以最不利氣蝕工況計(jì)算得到的σmin值是一條近于水平的直線，標(biāo)示為曲線1；而特定出口形式的調(diào)流閥氣蝕曲線由兩條線組成，一條為開(kāi)始?xì)馕g曲線，標(biāo)示為曲線2，一條為完全氣蝕曲線，標(biāo)示為曲線3。曲線2和曲線3將區(qū)間分為三部分，標(biāo)示為區(qū)間一、區(qū)間二、區(qū)間三，其中區(qū)間一為不產(chǎn)生氣蝕區(qū)域，區(qū)間二為產(chǎn)生氣蝕區(qū)域，區(qū)間三為完全氣蝕區(qū)域。

第三步：依據(jù)最優(yōu)化比對(duì)方案進(jìn)行比對(duì)，確立最優(yōu)。

最優(yōu)化比對(duì)策略如下：

a.若σmin全部位于區(qū)間一，則調(diào)流閥在該種出口形式下，將不產(chǎn)生氣蝕，且σmin越偏離曲線2，閥門(mén)運(yùn)行越安全。

圖2 VAG調(diào)流閥出口形式為SZ30%～50%的開(kāi)度氣蝕曲線

b.若σmin全部位于區(qū)間三，則調(diào)流閥將處于完全氣蝕狀態(tài)，閥門(mén)及管線的氣蝕損壞程度較大，運(yùn)行的安全穩(wěn)定性得不到有效保障，長(zhǎng)期運(yùn)行將導(dǎo)致事故，故此時(shí)選定的出口型式是最不利的。

c.若σmin線與曲線2和曲線3均相交，該工況為最常見(jiàn)工況，在相交點(diǎn)處可以得到兩個(gè)臨界氣蝕開(kāi)度值，如圖2所示的55%及60%。若調(diào)流閥運(yùn)行開(kāi)度小于55%，則運(yùn)行期間不出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，閥門(mén)安全；若調(diào)流閥運(yùn)行開(kāi)度介于55%～60%之間，會(huì)出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，且開(kāi)度越大，氣蝕程度也隨之加?。蝗粽{(diào)流閥運(yùn)行開(kāi)度大于60%時(shí)，閥門(mén)處于完全氣蝕的運(yùn)行工況，氣蝕損壞較大，且影響閥門(mén)的過(guò)流流量，長(zhǎng)期在該區(qū)間運(yùn)行，將迅速對(duì)閥體和管線造成氣蝕破壞，縮短工程的使用壽命。

3.3 通徑DN大小

VAG生產(chǎn)的調(diào)流閥有多種通徑，跨度在150～2000mm不等，500mm以下的，多呈50mm梯級(jí)，500mm以上的多以100mm或200mm為梯度。通徑大小的選擇，是建立在閥門(mén)出口形式確立的基礎(chǔ)上的，常以參數(shù)KV值大小進(jìn)行衡量，KV的計(jì)算公式為：

(2)

式中Q——流量，m3/h；

ΔP——上下游壓差，bar；

KV——在1bar壓差下的流動(dòng)比率。

在進(jìn)行調(diào)流閥通徑DN值的選型設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)確定調(diào)流閥的上下游壓力以及需要過(guò)閥流量大小，然后依據(jù)廠家提供的不同閥徑在不同開(kāi)度下的流量曲線，按需選擇大于設(shè)計(jì)KV對(duì)應(yīng)的通徑。

3.4 調(diào)流閥RIKO、RKV系列選擇

VAG調(diào)流閥系列有RIKO、RKV兩個(gè)系列，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基本相同，不同之處在于RIKO系列調(diào)流閥的開(kāi)度流量曲線呈S形，而RKV系列為直線。結(jié)合大伙房輸水工程的運(yùn)行實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)RIKO系列調(diào)流閥適用于輸水沿線干線調(diào)流調(diào)壓、且調(diào)流閥在整個(gè)運(yùn)行期間的進(jìn)出口壓差變動(dòng)幅度較大的情形，同時(shí)多配以SZ30%～50%出口形式，以滿足工程支線初期供水量較小、干線消能安全要求較高的需求，同時(shí)又可以滿足工程中后期供水量較大，對(duì)過(guò)流量要求較大的需求。相比之下，RKV系列調(diào)流閥的出口形式往往比較單一，適用于壓差相對(duì)穩(wěn)定的支線供水，特別是供水支線上游與干線穩(wěn)壓塔相鄰，下游又設(shè)有水廠穩(wěn)壓溢流井的工況。

4 結(jié) 論

上文VAG調(diào)流閥相關(guān)參數(shù)的計(jì)算分析，從間接程度上也確保了工程對(duì)VAG調(diào)流閥運(yùn)行安全、消能、流量調(diào)度三個(gè)方面的要求。在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)每一個(gè)參量的選擇還應(yīng)采用審慎的態(tài)度，若有條件，也可以采用相關(guān)理論計(jì)算程序，并結(jié)合工程的運(yùn)行實(shí)踐對(duì)這些理論成果進(jìn)行修正校核，方能全面、精確地認(rèn)知調(diào)流閥，同時(shí)也是確保工程有序、安全調(diào)度運(yùn)行的必要手段。

[1] 遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局.遼寧省大伙房水庫(kù)輸水(二期)工程設(shè)計(jì)報(bào)告[R].2006.

[2] 曲興輝，周林虎.大伙房水庫(kù)輸水(二期)工程全線調(diào)度規(guī)程[R].沈陽(yáng)：遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局，2011.

Design model selection of VAG current regulation valve

FAN Jianqiang

(LiaoningDahuofangReservoirWaterConveyanceProjectConstructionBureau,Shenyang110166,China)

Current regulation valve plays a very important role in gravity flow operation scheduling process of Dahuofang Reservoir Water Conveyance Project.Its unique ring-shaped streamline inlet and axial shrinkage outlet energy dissipation part structure can ensure water filling scheduling of project operation,high pressure energy dissipation of initial water supply and flow allocation need of middle-stage water supply.It is important equipment of safe and orderly operation of the project.VAG current regulation valve nominal pressure level PN value,outlet form,diameter size,valve series and other important parameters are analyzed in detail from the perspective of project design,and calculation and optimization design basis of the parameters are established.It is expected that the optimum current regulation valve model can be established for project design,and important reference value can be provided for similar projects.

VAG current regulation valve;structure;model selection

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2015.09.009

TV67

A

1005-4774(2015)09-0028-03