VAG調流閥在重力流輸水工程中的應用

范建強

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局， 遼寧 沈陽　110166)

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VAG調流閥在重力流輸水工程中的應用

范建強

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局， 遼寧 沈陽110166)

【摘要】本文從工程的特殊性要求入手，結合VAG調流閥的理論計算及結構特點，對VAG調流閥在工程初、中期的充水、流量、壓力調度的適用性進行分析，并經過近年來的運行實踐，證實了VAG調流閥的結構型式能夠有效保障工程運行安全性需求，能滿足工程運行初期高頻次的調度挑戰。

【關鍵詞】VAG調流閥； 重力流； 輸水工程； 應用

1工程概況

遼寧省大伙房輸水工程是省“十五”“十一五”期間重大基礎設施建設項目，是解決遼寧中部沈陽、鞍山、撫順、營口、遼陽、盤錦及南部大連7座城市水資源短缺問題的戰略性工程，工程惠及人口2000萬，被稱為遼寧省“生命線工程”。一期引水工程采用自流引水方式，主要是通過將渾江的水調入大伙房水庫，通過大伙房水庫調節后供下游受水城市使用。二期工程主要由輸水隧洞、管道及配套建筑物構成，線路總長260.80km，其中取水頭部及隧洞段長29.10km，輸水管道231.70km。隧洞段成洞洞徑為6m，采用無黏結預應力混凝土和模筑混凝土襯砌；輸水管道主要由155.30km的PCCP管(預應力鋼筒混凝土管)和76.40km的玻璃鋼管組成，管線最大直徑3.20m。除此之外，工程沿線設置7座配水站、1座加壓站、6座雙向穩壓塔和2座單向穩壓塔。

大伙房輸水工程全線之所以采用壓力密閉、串聯加壓的輸水方式，是因為工程建設處于地勢平坦的東北平原地帶，從工程經濟及可行性兩方面分析，均不具備修建蓄水前池的條件。同時，除了工程輸水沿線較長之外，自輸水工程進口的大伙房水庫至工程尾端的營口、盤錦水廠的穩壓溢流井水位，落差可達110m。

除了壓力消能幅度較大以外，流量調度任務也面臨重大挑戰，主要體現在以下兩方面。一是工程設計流量較大，而初期供水較小。根據設計技術文件[1]，輸水工程一步設計供水量為327萬t/d，待二步工程建成后，供水流量將達到504萬t/d。大伙房輸水工程正式通水時間為2010年11月14日，相比輸水工程的建設完工期，城市水廠的建設相對滯后，初期受水規模遠遠達不到工程的設計水量。二是工程的供水目標較多，流量調整頻次高、數量大。工程受水城市有7個地級市，受水支線包括撫順支線、石油二廠、勝科水務、頁巖油廠、沈撫支線、沈陽東水廠、沈陽西水廠、遼陽市凈水廠、遼陽聯合環境水廠、鞍鋼支線、鞍山支線、大連支線、營口水廠、大石橋水廠、遼濱水廠、盤錦市凈水廠、華潤熱電17個供水支線。因此，需要增設調流調壓設備，以滿足受水的靈活性需求[2]。

為此，大伙房輸水工程沿線通過采用布設VAG調流閥的方式，以滿足初期供、受水的靈活性需要。工程運行三年以來，調流閥的設立在解決初期供水的特殊需求上起著非常重要的作用。迄今為止，輸水工程全線已經布設了23個干線調流閥，輔以16個支線調流閥，共計39個調流閥來進行調流調壓，從而實現對整個輸水工程系統進行有效的調節和控制。

2VAG調流閥產品簡介

VAG調流閥是一種活塞閥，大伙房輸水工程選用的為RIKO、RKV兩種較常見的活塞閥。這兩種系列閥門結構原理是：閥門驅動裝置通過曲柄連桿機構，帶動閥內一個類似于活塞狀的圓柱體(簡稱活塞)，在閥腔內做軸向運動，從而改變閥體出口的過流面積，來實現流量和壓力的調節。

3VAG調流閥的適用性分析

3.1結構構造的優勢及其安全性

調流閥獨特的結構型式，決定著閥體及附屬管線的安全。在VAG調流閥體內，水流沿弧狀進入活塞閥腔體，閥內的流道為軸對稱環形，在出口處向軸心做流線形收縮，使介質流過閥時不會產生紊流，有效克服噪音及振動，同時在出口處設置節流部件，可以根據具體工況條件單獨進行設計，以適應不同系統對閥門抗氣蝕及過流能力的要求。閥門出口部位的線性收縮和出口節流部件產生的引導對撞及阻力，可產生消能減壓效果，并避免因節流對閥體或管道產生的氣蝕影響，VAG調流閥內部結構如圖1所示。

圖1　VAG調流閥內部結構圖

3.2管線充水的適用性

輸水管線在投入運行之前，需要進行管線充水，以趕走氣體，減小運行過程的運行阻力和汽蝕損壞。充水流速的大小是與管線空氣閥的布設相匹配的。對于空氣閥布設良好的工程，根據調度規程[3]，充水的流量大小應按滿管流速為0.30m/s進行，最大不宜超過0.50m/s。一方面由于各支線的需水量不同，各支線城市建設的供水管線的管徑大小不一，充水流量也各不相同，輸水工程干支線不同管徑管段充水流量的大小如表1所列；另一方面，管段充水與正常運行的流量調整的不同點在于，當上游管段充滿之后，在進行下游管段充水之前，由于閥體下游為空管，初始壓力為0m，上游為滿管，壓力往往很大，由此造成閥體進口壓差很大，普遍可達30～60m。實踐表明，調流閥在進行高壓差和各種流量充水時，水流的流量和壓力調節容易控制，且能夠保障工程的運行安全。

表1　不同管徑管段充水流量計算

3.3流量調整的適用性

長距離輸水工程流量調整運行具有頻次高、數量多的特點，引起流量調整的原因眾多，主要有新供水支線的投入、供水城市需水量的變化、干支線管線檢修、干支線管線設備檢修四種。該工程運行三年來，據統計，每年涉及到的大小流量調整次數不下千次。VAG調流閥能夠在工程運行初期實現流量調整的過渡，是與其開度流量曲線有關的。在調流閥進出口壓差達30m的情況下，閥徑大小為1.40m時，RIKO、RKV系列調流閥的開度流量曲線計算結果如圖2、圖3所示。

圖2　RIKO系列調流閥在壓差為30m、閥徑為1.40m時的開度流量曲線

圖3　RKV系列調流閥在壓差為30m、閥徑為1.40m時的開度流量曲線

由圖可知，VAG調流閥單閥的可調開度范圍為10%～90%，最小可調流量為0.20m3/s或0.50m3/s，通過適當選型，基本上可以滿足初、中期供水流量調整或充水流量調度的需求。

3.4壓力調整的適用性

壓力的調整與流量調整是一一對應的。一方面，在不同壓差等級下，VAG調流閥過流能力是不同的；另一方面，隨著輸水工程供水流量的變化，管線沿程水頭損失也隨之進行相應調整，這也會導致VAG調流閥局部水頭消能的大小不斷發生變化。

壓力的調整幅度與輸水干支線穩壓塔的設置密切相關。穩壓塔的建立，是用來減小調度水力過渡過程引起的波動，其水位的變動情況是管線運行過程中重要的監測對象，從另一角度而言，穩壓塔的溢流高程參差不齊，從而將輸水工程的干線分隔成幾個不同的壓力等級，在每一個壓力等級管段，又根據供水支線穩壓溢流井的水位進行分割。輸水工程干線的壓力穩壓塔設置情況如表2所列。

表2　穩壓塔運行水位控制參數

注樁號6+592是指距離大伙房水庫取水口距離為6592m

4結論

對于長距離、串聯加壓的大伙房輸水工程而言，為滿足初、中期供水的靈活性要求，通過依據工程特點進行VAG調流閥的設計選型[4]，可實現對整個輸水工程的有效控制。調流閥安裝后，通過其對流量、壓力的有效調整，保障了各個建設階段和運行階段供水流量、壓力的需求，加上閥體自身流線形結構及有效的出口節流部件，提高了整個輸水工程的運行安全性，因而具有重大的調度意義和應用價值，可為后續大規模、跨流域輸水工程的消能、調流方案選擇提供重要的參考價值。

參考文獻

[1]孟浩,等.遼寧省大伙房輸水工程設計報告[R].沈陽：遼寧省水利水電設計院，2003.

[2]張健，鄭源．遼寧省大伙房水庫輸水(二期)工程泵站及全系統水力過渡過程分析報告[R]．沈陽：遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，2006.

[3]曲興輝，周林虎．大伙房水庫輸水(二期)工程全線調度規程[R]．沈陽：遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，2011.

[4]范建強.VAG調流閥的設計選型[J].水利建設與管理，2015(9)：28-30.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.014

中圖分類號：TV672

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774(2016)07- 0051- 03

Application of VAG flow regulating valve in gravity flow water conveyance project

FAN Jianqiang

(LiaoningDahuofangReservoirWaterConveyanceProjectConstructionBureau,Shenyang110166,China)

Abstract：In the paper, theoretical calculation and structure characteristics of VAG flow regulating valve are combined from the aspect of special requirements in the project. Water filling, flow capacity and pressure scheduling applicability of VAG flow regulating valve in primary and middle stages of the project are analyzed. It is proved that the structure form of VAG flow regulating valve can guarantee safety demand of engineering operation effectively through operation practice in recent years. High-frequency scheduling challenges at the early stage of project operation can be satisfied.

Key words：VAG flow regulating valve; gravity flow; water conveyance project; application