支線調(diào)流閥水壓力波動因素探究

金 鑫

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽 110166)

支線調(diào)流閥水壓力波動因素探究

金 鑫

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽 110166)

本文闡述了調(diào)流閥結(jié)構(gòu)原理，以及調(diào)流閥在支線管線運(yùn)行中所起到的作用，通過分析確定支線調(diào)流閥水壓力波動的影響因素，運(yùn)用模糊綜合評價方法分析計算，得出支線調(diào)流閥水壓力波動對管線安全運(yùn)行的影響程度，有力保障了支線管線供水安全運(yùn)行。

調(diào)流閥； 水壓力； 波動； 模糊評價

1 引 言

調(diào)流閥作為供水管線唯一的調(diào)節(jié)流量設(shè)備，在供水系統(tǒng)中充分發(fā)揮其作用至關(guān)重要。調(diào)流閥根據(jù)自身結(jié)構(gòu)特點具備有效調(diào)節(jié)管線內(nèi)水流流量與控制水流流速的作用。在配水站調(diào)配供水工程中，支線調(diào)流閥根據(jù)下游凈水廠的需水量進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)流調(diào)度。由于客觀和人為因素的影響，支線調(diào)流閥動作操作次數(shù)會相應(yīng)增多，而支線調(diào)流閥水壓力波動也會增大。

2 調(diào)流閥結(jié)構(gòu)原理

調(diào)流閥結(jié)構(gòu)原理主要以閥門結(jié)構(gòu)角度為主，閥門驅(qū)動裝置，通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)，帶動閥內(nèi)一個類似于活塞狀的圓柱體(簡稱“活塞”)，在閥腔內(nèi)作軸向運(yùn)動[1]，從而改變閥體出口的過流面積，來實現(xiàn)流量和壓力的調(diào)節(jié)?；钊y的出口形式，可根據(jù)水力調(diào)節(jié)參數(shù)[2]，滿足系統(tǒng)按不同百分比設(shè)計流量運(yùn)行對閥門抗氣蝕性能和過流能力要求?；钊y的出口形式為流量型與消能型結(jié)合的復(fù)合型結(jié)構(gòu)，適合調(diào)流閥在輸水系統(tǒng)不同階段的運(yùn)行需要。

3 支線調(diào)流閥水壓力波動因素分析

3.1 支線調(diào)流閥門前部進(jìn)水口水壓力波動變化

a.大伙房水庫供水管線取水口部位水壓力變化。大伙房水庫水位受季節(jié)影響產(chǎn)生變化，夏季汛期到來，上游來水多以洪水為主，大量水體涌入庫區(qū)，大伙房水庫蓄水水位隨之上升，大伙房水庫供水管線取水口部位水壓力隨之升高；冬季枯水期，上游來水以河道凈現(xiàn)流為主，進(jìn)入庫區(qū)水量與夏季比較明顯減小，大伙房水庫蓄水水位隨之相應(yīng)降低，大伙房水庫供水管線取水口部位水壓力隨之降低。在大伙房水庫蓄水位變化過程中，供水管線取水口部位水壓力升高或降低，經(jīng)過水體傳導(dǎo)，供水管線及調(diào)流閥門前部進(jìn)水口內(nèi)水壓力產(chǎn)生相應(yīng)的水壓力波動變化。

b.干線調(diào)流閥開關(guān)閥操作與誤操作。配水站在供水運(yùn)行過程中，既要滿足下游供水管線的需水量要求，還要滿足與配水站相配套凈水廠的日、月需水量。正常的干線調(diào)流閥開關(guān)閥操作，支線調(diào)流閥門前部進(jìn)水口水壓力只是產(chǎn)生暫時的小范圍局部影響，不會對供水管線造成破壞影響。干線調(diào)流閥開關(guān)如果誤操作，支線調(diào)流閥門前部進(jìn)水口水壓力會在短時間內(nèi)積聚快速升高，對供水管線造成破壞影響。

c.調(diào)流閥前部支線管線出現(xiàn)爆管事故。管線長時間運(yùn)行過程中，鋼管管道外表面會出現(xiàn)局部銹蝕現(xiàn)象，一旦管道壓力突然升高或降低，調(diào)流閥前部支線管線爆管事故極易出現(xiàn)在局部銹蝕嚴(yán)重的鋼管部位，支線調(diào)流閥門前部進(jìn)水口水壓力也會隨之突然升高或降低。

d.干線管線壓力升高，支線調(diào)流閥壓力隨之升高，反之降低。大伙房水庫輸水工程干線供水管線依靠水體自身的重力勢能進(jìn)行直流，水壓力隨著供水管線長度增加而降低。因此，干線供水管線的壓力不是一成不變的。干線供水管線與支線供水管線是相互連通的，管線內(nèi)部水壓力隨時相互傳導(dǎo)，干線供水管線壓力升高或降低，支線調(diào)流閥門前部進(jìn)水口水壓力也升高或降低。

e.調(diào)流閥前部有堵塞物。在大伙房水庫取水口部位安裝了旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，為避免漂浮物進(jìn)入隧洞和管道，對系統(tǒng)調(diào)流調(diào)壓設(shè)施形成危害，在取水頭部工作門后設(shè)置3套旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，濾網(wǎng)寬度為4m。較細(xì)小的水體雜物會通過旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的網(wǎng)眼進(jìn)入供水管線，經(jīng)過長時間淤積沉淀，會在調(diào)流閥前部形成大量的堵塞物，占據(jù)管道的內(nèi)徑斷面面積，減小水體過流面積，造成支線調(diào)流閥門前部進(jìn)水口水壓力升高。

f.支線調(diào)流閥開關(guān)閥操作。當(dāng)配水站支線管道下游的凈水廠需水量發(fā)生變化，配水站內(nèi)支線調(diào)流閥進(jìn)行恒定流原理計算得出調(diào)流閥的開關(guān)程度，調(diào)流閥的開關(guān)程度必須與需要的水量相吻合。在支線調(diào)流閥閥門開關(guān)動作工程中，管道內(nèi)部水體流態(tài)在短時間內(nèi)產(chǎn)生劇烈的紊流，造成支線調(diào)流閥門前部進(jìn)水口水壓力升高或降低。

g.氣蝕現(xiàn)象。水體在密封的管道內(nèi)部流動，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，管道內(nèi)充滿了水體，不會產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。但是由于供水需求的客觀情況必須對供水管線的流量加以調(diào)節(jié)與控制，在相應(yīng)的位置安裝調(diào)流閥，發(fā)揮其對水體流量的調(diào)節(jié)與控制作用。當(dāng)支線調(diào)流閥開關(guān)動作時，水流延弧狀進(jìn)入活塞閥腔體，閥內(nèi)的流道為軸對稱環(huán)形狀，減少氣蝕影響程度，但還不能完全消除氣蝕現(xiàn)象。在調(diào)流閥異型突出結(jié)構(gòu)部位會出現(xiàn)負(fù)壓與真空[3]，此時水體通過時就會產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，水體流態(tài)發(fā)生嚴(yán)重紊亂，影響支線調(diào)流閥門前部進(jìn)水口水壓力。

h.調(diào)流閥機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)出現(xiàn)小范圍的振動。任何機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)制作過程中，機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸存在極小的誤差是不可能避免的。機(jī)械設(shè)備安裝過程中存在系統(tǒng)間隙，調(diào)流閥機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)在受到管道內(nèi)部水體強(qiáng)力沖刷，導(dǎo)致調(diào)流閥機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)出現(xiàn)振動現(xiàn)象，過流水體出現(xiàn)軸向擺動，調(diào)流閥機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)出現(xiàn)小范圍的振動也會影響支線調(diào)流閥門前部進(jìn)水口水壓力。

i.進(jìn)口管線壓力傳感器的誤差或故障。供水管線日常運(yùn)行維護(hù)中管道內(nèi)的水壓力是通過進(jìn)口管線壓力傳感器測量得出的讀數(shù)體現(xiàn)。由于壓力傳感器是電子設(shè)備監(jiān)控，在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，受到電磁干擾、水質(zhì)變化、堵塞壓力傳感接觸探頭等因素的影響。壓力傳感器顯示的讀數(shù)存在無法避免的誤差或故障，影響支線調(diào)流閥門前部進(jìn)水口水壓力。

3.2 支線調(diào)流閥門后部出水口水壓力波動變化

a.下游水廠穩(wěn)壓井內(nèi)調(diào)流閥動作。在凈水廠穩(wěn)壓井內(nèi)調(diào)流閥進(jìn)行開關(guān)動作，當(dāng)凈水廠需水量發(fā)生變化，在支線調(diào)流閥閥門開關(guān)動作工程中，管道內(nèi)部水體流態(tài)在短時間內(nèi)產(chǎn)生劇烈紊流，劇烈紊流的水體將水壓力傳導(dǎo)至配水站內(nèi)支線調(diào)流閥門后部，造成支線調(diào)流閥門后部進(jìn)出水口水壓力波動變化。

以下四方面(b、c、d、e)對支線調(diào)流閥門后部出水口水壓力變化的影響因素與支線調(diào)流閥門前部進(jìn)水口水壓力波動變化的影響因素相同，不進(jìn)行表述。

b.調(diào)流閥過水篩網(wǎng)有堵塞物。

c.下游支線管線出現(xiàn)爆管事故。

d.氣蝕現(xiàn)象。

e.出口管線壓力傳感器的誤差故障。

4 邏輯分析影響支線調(diào)流閥水壓力波動的因素劃分

根據(jù)支線調(diào)流閥水壓力波動分析，逐步確定支線調(diào)流閥水壓力波動的因素劃分，詳細(xì)內(nèi)容見表1。

表1 邏輯分析影響支線調(diào)流閥水壓力波動的因素劃分

5 支線調(diào)流閥水壓力波動因素確定權(quán)重過程統(tǒng)計

支線調(diào)流閥水壓力波動因素確定權(quán)重采用學(xué)者咨詢統(tǒng)計法(經(jīng)驗分析法)，見表2。

表2 支線調(diào)流閥水壓力波動因素的一級權(quán)重研究學(xué)者咨詢權(quán)重統(tǒng)計表

對于影響因素一級權(quán)重進(jìn)行確權(quán)及統(tǒng)計，見表3。

表3 影響因素的一級權(quán)重

采用相同的確權(quán)方法，確定影響因素的二級權(quán)重，見表4。[4]

表4 影響因素的二級權(quán)重(i=1、2)

5.1 運(yùn)用模糊評價方法進(jìn)行一級評判

當(dāng)i=1時確定支線調(diào)流閥水壓力波動影響因素對管線運(yùn)行安全的影響程度，該評價集合為V1=(影響嚴(yán)重，影響一般 )=(V11,V12)

根據(jù)邏輯分析，確定影響因素集合:G1=(大伙房水庫供水管線取水口部位水壓力變化，干線調(diào)流閥開關(guān)閥操作及誤操作，調(diào)流閥前部支線管線出現(xiàn)爆管事故，干線管線壓力升高，支線調(diào)流閥壓力隨之升高，反之降低，調(diào)流閥前部有堵塞物，支線調(diào)流閥進(jìn)行開關(guān)閥操作，氣蝕現(xiàn)象，調(diào)流閥機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)出現(xiàn)小范圍的振動，進(jìn)口管線壓力傳感器的誤差或故障)=(G11,G12，G13，G14，G15，G16，G17，G18，G19)

根據(jù)有實際經(jīng)驗研究專家的詳細(xì)分析，得出支線調(diào)流閥水壓力波動的因素模糊矩形方陣Bi(i=1,2)。

確定該單個因素影響綜合分析評判模糊矩形方陣，核算結(jié)果為：

當(dāng)i=1時:

當(dāng)i=2時：

5.2 運(yùn)用模糊評價方法進(jìn)行二級評判

確定該評價集合為V=(影響嚴(yán)重，影響一般)=(V1,V2)

根據(jù)先期分析，逐步指定影響因素集合M=(支線調(diào)流閥門前部進(jìn)水口水壓力波動變化, 支線調(diào)流閥門后部出水口水壓力變化) =(G1,G2)

確定該單個影響因素評判分析模糊矩形方陣B

通過以上邏輯分析及詳細(xì)計算可知，支線調(diào)流閥水壓力波動影響因素對管線運(yùn)行安全的影響程度影響嚴(yán)重的服從隸屬度為 0.742，支線調(diào)流閥水壓力波動影響因素對管線運(yùn)行安全的影響程度為影響一般的服從隸屬度為0.258,根據(jù)隸屬度選擇最大的原則, 支線調(diào)流閥水壓力波動影響因素對管線運(yùn)行安全的影響程度為影響嚴(yán)重。

6 結(jié) 語

通過對支線調(diào)流閥水壓力波動因素詳盡全面的分析，明確了水壓力波動因素形成的原因及其對供水管線安全運(yùn)行的影響程度，在管線運(yùn)行過程中必須嚴(yán)格控制支線調(diào)流閥水壓力在供水管線水壓力設(shè)計的范圍內(nèi)波動，以滿足安全運(yùn)行的要求。

[1] 陳慶華.長距離輸水管道調(diào)壓調(diào)流閥設(shè)置探討[J].水利科技,2011(3)：37-38,43.

[2] 陳陽,楊旭,張士杰.消能調(diào)流閥在引黃入晉工程北干線大梁水庫放水工程中的應(yīng)用[J].水利水電工程設(shè)計,2014(1)：53-55.

[3] 李博.活塞式調(diào)流閥在大伙房水庫輸水工程中的應(yīng)用[J].科技傳播,2013(7)：153,136.

[4] 金鑫.模糊評價在錦凌水庫工程質(zhì)量控制中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理，2015(4)：74-79.

Discussion on the factors affecting water pressure fluctuation of branch line regulating valve

JIN Xin

(LiaoningRunzhongWaterSupplyCo.,Ltd.,Shenyang110166,China)

In the ppaper,the structure principles of regulating valves and function of the regulating valve in operation of branch pipelines is described.The factors affecting water pressure fluctuation of branch line regulating valves are determined through analysis.The influence degree of water pressure fluctuation of branch line regulating valve on the safe operation of pipelines is concluded through applying fuzzy evaluation, thereby ensuring the safe operation of water supply in branch pipelines powerfully.

regulating valve; water pressure; fluctuation; fuzzy evaluation

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2017.05.006

TV672

A

1005-4774(2017)05-0019-05