长距离输水管道调压调流阀设置探讨-技术中心?

作者:pt游戏官网 发布时间:2020-10-29 17:32

  1工程概况金钟水利枢纽引水配套工程水源取自金钟水库和双溪口水库,通过隧洞与引水工程管道相连,包括输水干线、妈祖支线和莆田支线,具有“口径大、距离长、压力高、管材新”的特点。工程设计流量4.21m3/s,输水总长89.1km,总投资5.84亿元。其中输水干线km,从莆田市仙游县的宝峰至盖尾,在盖尾处分为妈祖支线km,沿途经过7个乡镇至莆田市湄洲湾北岸妈祖对台贸易城。莆田支线km,沿途经过华亭镇至新度工业园区。工程为重力流输水,管材主要采用新兴管材预应力钢筒混凝土管(简称PCCP管),设计工作压力为1.2MPa、1.4MPa、1.6MPa三种,比较国内其他大型调水工程,工作压力之高为国内少见。2调压调流阀配置汽蚀的直接原因是管道流体因阻力的突变产生了闪蒸及空化。阀门调压调流通过可移动的阀瓣与不动的阀座间形成的节流窗口大小改变阻力特性。当阻力突变时,极易产生汽蚀现象。流体经节流孔时,由于流量不变,过水断面变小,致使流速突然增加。根据流体能量守恒定律,流速增加,静压力骤然下降,节流孔处的压力降到流体的饱和蒸汽压时,部分液体汽化为气体,气泡在流束中形成。当出口压力仍低于饱和蒸汽压时,气泡将保持在阀后,形成气液两相共存的现象,即“闪蒸”。产生闪蒸后,流体节流孔后随着过水断面的增大,流速相应减小,阀后压力急骤上升。当阀后压力恢复到高于液体饱和蒸汽压时,压力压缩闪蒸产生的气泡由圆形变为椭圆形,随后达到临界尺寸的气泡上游表面开始变平,然后突然爆裂,此过程称为“空化”。所有的能量集中在破裂点上,产生巨大的冲击力,冲撞在阀瓣、阀座和阀体上,使其表面产生塑性变形,形成一个个粗糙的蜂窝渣孔,这便是气蚀形成的过程。调压调流一般先考虑设置普通阀门,大口径管道一般选择蝶阀。根据实际工况分析汽蚀系数不大于蝶阀的允许汽蚀系数h时,为避免产生严重的汽蚀,选择造价高的调压调流阀。汽蚀系数计算公式如下:=(H2+H)/(P+v/2g)(H2+10)/P式中:H2为阀后(出口)压力,m;H为大气压与其温度相应的饱和蒸气压力差,取H=10m;P为阀前后压差;h为蝶阀允许汽蚀系数,h=2.5。如果>2.5,选择蝶阀调压调流;如果2.5,选择调压调流阀。金钟水利枢纽引水配套工程取水口水位变化为140.00166.23m,平均水位为152.8m,通过隧洞与输水干线/s。输水干线起点设置阀门的进口高程为109.5m,设计要求阀门出口恒压为128.2m,所以要求阀门具有消能作用,且工作压差最小为0.30MPa,最大为0.60MPa。由计算公式可知,H2=128.2-109.5=18.7m,P=30-60m,=(H2+10)/P=0.48-0.96<2.5,所以选择调压调流阀,以免产生严重汽蚀。参照国内其他调水工程,如北京自来水集团分钟寺调压站、辽宁省大伙房水库输水工程等,金钟水利枢纽引水配套工程选用活塞式调压调流阀。其工作原理如下:阀门驱动装置通过曲柄连杆机构,带动一个类似活塞状圆柱体(简称活塞)在阀腔内作轴向运动,改变阀体出口过流面积,调节压力和流量,活塞行程与管内水流方向一致,如图1所示。图1活塞式调压调流阀剖面示意图水流进入阀内,绕过中间活塞,形成轴对称形,无论活塞处于何位置,阀腔内横断面上水流均为环状,在出口处向轴心收缩,达到防汽蚀的作用,并有效避免汽蚀和震动。活塞式调压调流阀具有高流通能力,开启度与流量成接近线性关系,汽蚀、震动较小。活塞式调压调流阀出口调节型部件有E、S、F、LH或SZ四种型号,输水管道上用于控流、调压的有S型、LH或SZ型。为确保管道输水安全,金钟水利枢纽引水配套工程输水干线起点、两支线出口处设置了活塞式调压调流阀,将压力控制在安全范围之内,保证流量恒定。一般来说,设置在输水干线起点的调压调流阀主要起调压作用,稳定管道工作压力,保证管道安全,稳压塔不溢流,降低工程造价。相应自动化控制以阀前、阀后压力表压力信号为控制信号,调整阀的开启度。出水口设置调压调流阀主要起调流作用,满足不同工况下流量始终恒定的要求。相应自动化控制以流量计流量为反馈信号,调整阀的开启度。3设置调压调流阀的技术要求(1)管道要求。调压调流阀的开度需要依靠阀前压力传感器、阀后压力传感器或流量传感器将压力或流量信号传送到控制室,由控制室根据需要进行控制。要得到稳定的信号就要求阀前和阀后的水流要稳定,一般要求阀前直管段长度为35倍的管道直径长度,阀后由于调压调流阀使水流对撞产生旋流消能后,管道中会形成很多待爆炸的气泡,阀后直管段长度不少于5倍的管道直径长度。(2)检修。调压调流阀结构复杂,出流孔小,重量很重,如DN1800的调压调流阀一台重达28t,管道水中的杂物如树枝、塑料等一旦进入阀体,很容易堵塞阀腔和出流孔,需要设置进人孔对调压调流阀进行一般的检修,清除杂物,解决拆除调压调流阀后才能检修的问题。为能进人检修,需要在阀前和阀后各设置1台蝶阀(进人孔设置在蝶阀与调压调流阀之间),以切断上下游管道中水。蝶阀与调压调流阀的距离要求要符合阀前和阀后对直管道的长度要求,一来可以保证稳定的水流,二来可以避免汽蚀蝶阀。(3)设置方式。调压调流阀设置方式类似于泵组设置,可以是几台阀并联设置,其中一台阀备用。确定并联的阀台数和选型,流通能力Cv是主要参数之一。调节阀流通能力定义为:当调节阀全开时,阀两端压差为0.1MPa,流体密度为1g/cm3时,每小时流经调节阀的流量数,也称流量系数。Cv值按下式计算:式中:Q为液体流量;为液体密度;P为阀前后压差。在流体为水流时,P=1m左右为最经济的情况下,Cv=Q设,与局部水头损失计算公式H=v2/(2g)联合可以确定阀的台数。当然阀台数的确定还要考虑土建费用。选型流量系数Cv计=1.5Cv,可以确定调压调流阀型号。调压调流阀台数多,适应流量变化的范围广。通过开启台数的变化,在保证流量的前提下,调压调流阀处于最佳开启度下运行,降低了运行噪音,延长了使用寿命。在水库水位低于最小设计水位时,即不需要调压调流阀降压时,为最大限度保持流量,调压调流阀需要全开,但过阀的水头损失很大,这时需要设置超越管超越调压调流阀,超越管段设置蝶阀。需要降压时,蝶阀关闭,超越管不通水,水由调压调流阀过。不需要降压时,调压调流阀关闭,蝶阀开启,水从超越管过。(4)与稳压塔位置关系。稳压塔的设置是为了保证在各种运行工况时不溢流的前提下,使输水系统出现静压时尽量接近管道的工作压力,达到降低工程造价的目的。若稳压塔设置在调压调流阀上游,势必要求稳压塔高度高于工程进水口的水位,一般将造成稳压塔高度较高,增加工程投资,且运行不方便,所以调压调流阀设置在稳压塔上游。4结语对于长距离重力流输水管道,在水源水位变化较大、工作压力较高的情况下,通过分析计算汽蚀系数,一般都要设置调压调流阀。随着越来越多长距离调水工程的建成,调压调流阀的运用将越来越广泛。根据各种工程工况要求,从特性、流通能力、汽蚀系数等技术参数分析计算,从适用性、先进性、造价等方面综合比较,合理选择调压调流阀,对确保输水管道安全、稳定、高效运行具有重要意义。参考文献[1]石建杰,戚兰英.张坊水源应急供水工程调节阀的选型设计[J].北京水利,2005,(1).[2]关志诚,刘志明.大型引调水工程的建设发展与应用技术[A].中国水利水电勘察设计协会.调水工程应用技术研究与实践[C].北京:中国水利水电出版社,2009.[3]陈湧城,杜玉柱,王勇,耿安锋.哈尔滨市磨盘山水库输水工程设计总结[A].中国水利水电勘察设计协会.调水工程应用技术研究与实践[C].北京:中国水利水电出版社,2009.[4]赵海鹏,周庆春,张恩祥,唐星,杨俐丽.压力管道长距离输水调流设备选择[A].中国水利水电勘察设计协会.调水工程应用技术研究与实践[C].北京:中国水利水电出版社,2009.

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