水用減壓閥在重力流輸水管道中的作用

1、消減富余能量

當供水系統在較小流量下運行時，重力流輸水管路就有富余能量，在安裝水用減壓閥的系統中富余能量的大部分由水用減壓閥自動消除，使管路末端壓力減輕，其原理如圖1 所示。

圖1 安裝水用減壓閥前后輸水管壓力線示意圖

圖1 中A1 為不安裝水用減壓閥時的靜水壓線，A2為不安裝水用減壓閥流量最大時的測壓管水頭線，如果管道上安裝的是減壓恒壓閥，其出口壓力調節與不裝水用減壓閥時的水頭線重合，則A2 也是安裝水用減壓閥后最大流量時的測壓管水頭線，即水用減壓閥在此流量時不減壓，亦不耗能。A3 為較小流量時不安裝水用減壓閥時的管道壓力線，可見末端管路此時壓力較大。B2是安裝水用減壓閥后且流量較小時末端(即水用減壓閥下游)管道壓力線(可見壓力不大)，B1是安裝水用減壓閥后的靜壓線，可見它遠小于不裝水用減壓閥時的靜壓線A1，故安裝水用減壓閥可減少管道漏失水量，也有利于管道安全運行和降低維修成本。

2、消減關閥水錘

重力流輸水管道因閥件及管道接頭等漏水、管道爆裂、下游系統正常保養等原因需停運時，是應關閉管道上游進水閥門還是最下游出水閥門，目前仍頗有爭議。前者優點是有利于防止水錘破壞，缺點是管道完全放空，再次啟動充水也極困難和危險，且費時很長；后者保持管道滿管水流，再次運行開閥即可，極為方便，但易產生關閥水錘。實際運行時是絕大多數采用關下游出口閥門的方法。結合圖2說明關閥過程中水用減壓閥的水錘防護作用。

圖2 輸水管有無水用減壓閥時關閥壓力振蕩曲線示意圖

由圖2 可見，不安裝水用減壓閥的靜水壓線為H，而壓力振蕩值為△H，而安裝水用減壓閥后的管路末端靜水壓力線為H’，壓力振蕩值為△H’。

對于重力流輸水管，關閥過程中的流量變化公式如下:

式中 H——重力流輸水管道總作用水頭

Q——重力流輸水管道內流量

A——管道比阻

L——管道長度

D——管徑

ζ——末端閥阻力系數

設關閥前阻力為ζ0，最大設計流量為Q0，則在關閥過程中流量為:

由于閥門阻力系數ζ在勻速關閥過程中不是均勻增加的(一般是在關閥的前60°~ 70°增大不多，對流量Q減少也不大，但在以后的20°~ 30°則突然增加)，故極易造成很大的關閥水錘。由式(2)可見，管道長度L越大，ζ值對流量的影響越小，越易造成最后突然關閥時的△H 最大。而加裝水用減壓閥后L值僅為水用減壓閥后的管段，故L 值變小， △H’亦減小。

由此可見，重力流輸水管安裝水用減壓閥對水錘防護作用極大。

例如: 我國西北某電廠補給水管的壓差H=1050 kPa，管徑為800 mm，加裝水用減壓閥前計算關閥水錘升壓達3400kPa，采用水用減壓閥后計算最大水錘升壓僅為790kPa，可見作用顯著。