城市供水系统水力动态失调问题研究（方玲,王华梅,周扬民）

时间：2021-01-12 08:02:15　来源：柠檬阅读网本文已影响人

摘要：水力动态失调是城市供水管网普遍存在的问题, 利用动态流量平衡阀的限流增压功能, 通过限制每个用户末端的分支流量, 提高城市供水系统主管路的供水压力, 实现复杂供水管网和次高层以下建筑群的一次供水, 有效避免了采用二次供水存在的水质污染问题。

关键词：动态流量平衡阀二次供水水力失调

中图分类号TH134 文献标志码A 文章编号1673- 4637 ( 2007) 05- 0037- 03

城市供水系统管网密布、楼层高度参差不齐, 系统水力失调问题非常严重, 极易造成管网远端用户和高层建筑的顶层供水压力不足, 经常出现出水压力不稳定, 甚至停水事故。传统的地面水塔结合屋顶水箱二次供水方案, 虽然能够提高供水压力, 但也会造成水质二次污染, 二次供水泵房的建设和设备的运行维护也增加了供水成本[1- 2]。

本研究利用动态流量平衡阀的自力式精密限流增压功能解决供水管网的流量动态失调问题。动态流量平衡阀通过限制各用户末端分支管路的输出流量和压力, 保持供水系统主管路和并行分支管路的供水压力和流量。对于12 层以下的次高层建筑群, 压力达到0.4 MPa 的城市供水管网通过在用户末端安装动态流量平衡阀, 就可以替代二次供水, 实现一次供水。

1 系统流量失调原因分析

流量失调是复杂管路系统的常见现象, 也是技术难题。流量失调主要由设计、施工和调节装置性能多方面因素造成的[2- 3]。

(1) 由于选用管材、施工工艺以及管路设备对系统流体阻力的影响, 造成理论计算阻力与实际管路阻力存在偏差。

(2) 用户对流量不定时的调节, 引起整个系统管网阻力的重新分配, 管网流量的动态变化产生新的流量失调。

(3) 水泵扬程与系统阻力不匹配, 实际运行点偏离设计运行点造成的流量失调。

(4) 旧系统改造、逐年并网、供水用户增加的管网系统, 新系统会对原有系统阻力造成影响, 引起的流量失调。

2 动态流量平衡阀工作原理

动态流量平衡阀的工作原理见图1。

动态流量平衡阀主要由可变过流面端帽和高精度控制弹簧组成。在设计工作范围之内, 阀门进口端压力增加, 可变过流面端帽往下移动, 弹簧被压缩, 从而改变过流面积, 限制输出流量的增加, 避免阀门输入端压力的突降。动态流量平衡阀可变过流面端帽上面的节流曲线是经过精确计算和精密加工而成的, 内部安装的高精度控制弹簧能够保证阀门输出端的流量不变, 不会出现输出流量和压力的波动, 影响用户的使用。动态流量平衡阀在设计工作压差范围内恒定流量的高精度控制阀门, 它能够根据阀门进出口压差的变化, 自力式改变阀胆过流面积的大小, 使输出流量保持动态恒定。

动态流量平衡阀前后压差△P 小于最小工作压差△Pmin 时, 弹簧没有被压缩, 阀胆处于静止状态, 过流面积最大, 流量随阀门前后压差的增大而增加。

动态流量平衡阀前后压差△P 在设计工作压差范围[ △Pmin, △Pmax] 时, 弹簧被部分压缩, 流体从可变过流面端帽的小圆孔和曲线孔流过。可变过流面端帽压缩部分随压差的增大而增加、减小而减少。输出流量将保持动态恒定, 与压差的波动无关。

动态流量平衡阀前后压差△P 大于最大工作压差△Pmax 时, 弹簧被完全压缩, 可变过流面端帽的曲线孔完全封闭, 过流面积最小, 流体从小圆孔流过, 流量随阀门前后压差的增大而增加。

3 动态流量平衡阀的应用

动态流量平衡阀在供水系统中的应用见图2。

城市供水系统供水半径大、管网复杂, 水力失调问题非常严重。设计人员进行系统的阻力计算任务非常繁重, 如果依靠人工调节系统平衡, 耗费大量人力也难以实现, 而且当系统某一因素发生变化时, 如某一支路关闭或更改时, 将会破坏原来的平衡, 造成新的水力失调。城市供水系统室内用户普遍采用DN20管路, 末端阀门打开以后, 出水流量无需太大, 流速也不要太急。如图2 所示, 在供水管网底层末端用户安装高压差动态流量平衡阀限流增压, 高层用户末端安装低压差动态流量平衡阀分流分压, 整个供水管路是一个并行系统, 便于分户计量收费。

动态流量平衡阀的技术特点是在阀门设计工作范围内阀门具有精密控制流量功能, 产品的最小工作压差△Pmin 为10 kPa、20 kPa、40 kPa、80 kPa 4 种规格。如果将动态流量平衡阀安装在最不利回路上, 势必要求循环水泵多增加△Pmin 压差对应的水泵工作扬程, 所以在设计选型时应采取近端安装、起到限流增压作用、避免压力损失的方法。

4 应用效果分析

与现有的孔板式、疏齿式、活塞式( 针式) 、环喷式以及网孔式等调节阀相比较, 动态流量平衡阀在工作压差范围内, 能够精确地控制输出流量, 使整个系统主管路能时刻保持高压力, 它的应用对于设计选型、工程安装、物业管理都是很好的尝试:

(1) 对设计人员, 无须对整个管道进行繁琐的阻力计算, 整个水系统非常简洁、可靠, 节省安装及材料费用。

(2) 对施工人员, 无须对整个系统进行反复调试。

(3) 对供水管理部门, 局部区域管路的变动、系统的运行调整以及用户的增加都不会影响到其他区域供水系统的平衡。

5 结论

利用动态流量平衡阀解决供水系统的动态水力失调问题, 可以代替次高层以下建筑群的二次供水, 解决二次供水存在的水质污染问题, 也是今后一户一表、分户控制与计量收费供水改革的关键技术支持。

参考文献

[1] 王军.关于二次供水几点讨论[M] . 陕西建筑, 2006 ( 2) .

[2] 郑艳萍.次高层建筑二次增压供水方案探析[J] . 机械给排水,2000, ( 1) .

[3] 黄乃荣.工程流体力学[M] . 华中科技大学出版社, 2000, ( 5) .

[4] 石建英, 等.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) .