1 工程概況
   金鐘水利樞紐引水配套工程的水源來自金鐘水庫和雙溪口水庫通過隧道與引水工程管道相連，包括輸水干線、媽祖支線、莆田支線，具有口徑大、距離長、壓力高、管道新的特點。工程設(shè)計流量4.21m3/s，輸水總長89.1km，總投資5.84億元，其中輸水干線設(shè)計流量44億元。.21m3/s，管徑1800mm，總長12.94km，從莆田市仙游縣寶峰到蓋尾，蓋尾分為媽祖支線和莆田支線。媽祖支線設(shè)計流量2.34m3/s，管徑1400mm，總長51.41km，從7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)到莆田市湄洲灣北岸的母祖對臺貿(mào)易城。莆田支線設(shè)計流量1.26m3/s，管徑1000mm，總長24.75km，沿途經(jīng)過華亭鎮(zhèn)至新度工業(yè)園區(qū)。本工程為重力流水，管道主要采用新興管道預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土管(以下簡稱PCCP管道)，設(shè)計工作壓力為1.2MPa、1.4MPa、1.6MPa與國內(nèi)其他大型調(diào)水工程相比，工作壓力高是國內(nèi)罕見的。
   2 調(diào)壓調(diào)流閥配置
   蒸汽腐蝕的直接原因是管道流體由于阻力的突變而產(chǎn)生閃蒸和空化。閥門調(diào)壓調(diào)流通過可移動閥瓣與不移動閥座之間形成的節(jié)流窗口大小來改變阻力特性。當(dāng)阻力突變時，很容易產(chǎn)生蒸汽腐蝕。當(dāng)流體通過節(jié)流孔時，由于流量不變，過段變小，流量突然增加。根據(jù)流體能量守恒定律，流量增加，靜壓突然下降，當(dāng)節(jié)流孔處的壓力降低到流體的飽和蒸汽壓力時，部分液體蒸發(fā)成氣體，氣泡在流束中形成。當(dāng)出口壓力仍低于飽和蒸汽壓力時，氣泡將保持在閥后，形成氣體和液體共存的現(xiàn)象，即閃蒸。閃蒸后，隨著過水段的增加，流量相應(yīng)降低，閥后壓力急劇上升。當(dāng)閥后壓力恢復(fù)到高于液體飽和蒸汽壓力時，壓縮閃蒸汽產(chǎn)生的氣泡由圓形變?yōu)闄E圓形，然后達(dá)到臨界尺寸的氣泡上游表面開始變平，然后形成突然爆裂，稱為空化點。所有的能量都集中在液體飽和蒸汽壓力上，形成巨大的沖擊點上，形成巨大的沖擊。
   調(diào)壓調(diào)流一般考慮設(shè)置普通閥門，蝶閥一般選用大口徑管道。根據(jù)實際情況分析汽蝕系數(shù)δ不大于蝶閥的允許腐蝕系數(shù)δh選擇成本高的調(diào)壓調(diào)流閥，以避免嚴(yán)重的汽蝕。汽蝕系數(shù)計算公式如下：
   δ=（H2 H）/（ΔP v/2g）≈（H2 10）/ΔP
   式中：H閥后(出口)壓力，m；
   H飽和蒸氣壓差對應(yīng)于大氣壓及其溫度，
   取H=10m；
   ΔP閥前后壓差；
   δh允許蝶閥的汽蝕系數(shù)，δh=2.5。
   如果δ＞2.5.如果選擇蝶閥調(diào)壓調(diào)流；δ≤2.5，選擇調(diào)壓調(diào)流閥。
   金鐘水利樞紐引水配套工程取水口水位變化為140.00166.23m，平均水位為152.8m，設(shè)計流量4.21m3/s。閥門的進(jìn)口標(biāo)高為109.5m，設(shè)計要求閥門出口恒壓為128.2m，因此，閥門需要消能，工作壓差最小為0.30MPa，最大為0.60MPa。從計算公式可以看出，H2=128.2－109.5=18.7m，ΔP=30-60m，δ=（H2 10）/ΔP=0.48-0.96＜2.5.因此，選擇調(diào)壓調(diào)流閥，避免嚴(yán)重的汽蝕。
   參照北京自來水集團分鐘寺壓力調(diào)節(jié)站、遼寧省大伙房水庫輸水工程等國內(nèi)其他水利調(diào)節(jié)工程，金鐘水利樞紐引水配套工程選用活塞式壓力調(diào)節(jié)閥。其工作原理如下：閥門驅(qū)動裝置通過曲柄連桿機構(gòu)驅(qū)動活塞狀圓柱（以下簡稱活塞）在閥腔內(nèi)軸向運動，改變閥體出口過流面積，調(diào)整壓力和流量?；钊谐膛c管道內(nèi)的水流方向一致，如圖1所示。

圖1 活塞式調(diào)壓調(diào)流閥剖面圖

   水流進(jìn)入閥內(nèi)，繞過中間活塞，形成軸對稱形狀。無論活塞在哪里，閥腔橫截面上的水流都是環(huán)形的，收縮到出口的軸上，以防止腐蝕，有效避免腐蝕和振動?；钊綁毫φ{(diào)節(jié)閥循環(huán)能力高，開啟度接近線性關(guān)系，蒸汽腐蝕和振動小。活塞式壓力調(diào)節(jié)閥出口調(diào)節(jié)部件E、S、F、LH或SZ有四種類型的輸水管道用于控流和調(diào)壓S型、LH或SZ型。
   為保證管道輸水安全，金中水利樞紐引水配套工程輸水干線起點和兩條線出口設(shè)置活塞式調(diào)壓閥，將壓力控制在安全范圍內(nèi)，保證流量恒定。一般來說，設(shè)置在輸水干線起點的調(diào)壓閥主要起調(diào)壓作用，穩(wěn)定管道工作壓力，保證管道安全，穩(wěn)壓塔不溢流，降低工程造價。相應(yīng)的自動化控制以閥門前后的壓力表壓力信號為控制信號，調(diào)節(jié)閥門的開啟度。出口設(shè)置調(diào)壓閥，主要起調(diào)流作用，滿足不同工況下流量永恒的要求。相應(yīng)的自動化控制以流量計流量為反饋信號，調(diào)節(jié)閥門的開啟度。
   3 設(shè)置調(diào)壓調(diào)流閥的技術(shù)要求
   (1)管道要求。調(diào)壓調(diào)流閥的開度需要依靠閥前壓力傳感器、閥后壓力傳感器或流量傳感器將壓力或流量信號傳輸?shù)娇刂剖遥煽刂剖腋鶕?jù)需要控制。要獲得穩(wěn)定的信號，需要閥前后的水流穩(wěn)定。一般需要閥前直管段長度為35倍的管道直徑長度。閥后由于調(diào)壓調(diào)流閥，水流對撞產(chǎn)生旋流消能后，管道內(nèi)會形成大量待爆炸的氣泡。
   (2)維護(hù)。調(diào)壓調(diào)流閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出流孔小，重量重DN一個重達(dá)2800的調(diào)壓調(diào)流閥t，一旦管道水中的雜物，如和塑料，一旦進(jìn)入閥體，很容易堵塞閥腔和出口孔。需要設(shè)置進(jìn)口孔，對壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行一般維護(hù)，清除雜物，解決拆除壓力調(diào)節(jié)閥后的問題。為了進(jìn)行維護(hù)，需要在閥門前后設(shè)置一個蝶閥（蝶閥與壓力調(diào)節(jié)閥之間設(shè)置進(jìn)口孔），以切斷上下游管道中的水。蝶閥與壓力調(diào)節(jié)閥的距離應(yīng)滿足閥門前后直管的長度要求，以確保水流穩(wěn)定，避免蝶閥的蒸發(fā)。
   (3)設(shè)置方法。調(diào)壓調(diào)流閥的設(shè)置方式與泵組相似，可并聯(lián)設(shè)置多個閥門，其中一個備用。確定并聯(lián)閥的數(shù)量和選擇，以及流通能力Cv它是主要參數(shù)之一。調(diào)節(jié)閥的循環(huán)能力定義為：當(dāng)調(diào)節(jié)閥完全打開時，閥兩端的壓差為0.1MPa，流體密度為1g/cm每小時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，也稱為流量系數(shù)。Cv值按下式計算：

   
   式中：Q液體流量；ρ液體密度；ΔP閥門前后壓差。
   當(dāng)流體為水流時，ΔP=1m左右是最經(jīng)濟的情況，Cv=Q設(shè)置，計算局部水頭損失公式ΔH=ξv2/（2g）閥臺的數(shù)量可以聯(lián)合確定。當(dāng)然，確定閥臺數(shù)量也要考慮土建成本。選擇流量系數(shù)Cv計=1.5Cv，壓力調(diào)節(jié)閥的型號可以確定。壓力調(diào)節(jié)閥臺數(shù)量多，適應(yīng)流量變化范圍廣。通過打開平臺數(shù)量的變化，在保證流量的前提下，壓力調(diào)節(jié)閥在最佳打開度下運行，降低了運行噪聲，延長了使用壽命。當(dāng)水庫水位低于最小設(shè)計水位時，即不需要壓力調(diào)節(jié)閥，為了最大限度地保持流量，壓力調(diào)節(jié)閥需要完全打開，但閥頭損失很大，然后需要設(shè)置超過管道，超過壓力調(diào)節(jié)閥，超過管段設(shè)置蝶閥。當(dāng)需要降壓時，蝶閥關(guān)閉，超過管道，水通過壓力調(diào)節(jié)閥。當(dāng)無需降壓時，壓力調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，蝶閥打開，水通過管道。
   （4）與壓力穩(wěn)定塔的位置有關(guān)。壓力穩(wěn)定塔的設(shè)置是為了確保輸水系統(tǒng)在各種運行條件下盡可能接近管道的工作壓力，以降低工程成本。如果壓力穩(wěn)定塔設(shè)置在壓力調(diào)節(jié)閥上游，必然要求壓力穩(wěn)定塔高度高于工程進(jìn)水口的水位，一般會導(dǎo)致壓力穩(wěn)定塔高度高，增加工程投資，運行不便，因此壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)置在壓力穩(wěn)定塔上游。
   4 結(jié)語
   對于長距離重力流水管道，在水位變化大、工作壓力高的情況下，一般設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥。隨著越來越多的長距離水調(diào)節(jié)工程的完成，壓力調(diào)節(jié)閥將得到越來越廣泛的應(yīng)用。根據(jù)各種工程條件的要求，從特點、循環(huán)能力、腐蝕系數(shù)等技術(shù)參數(shù)分析計算，從適用性、先進(jìn)性、成本等方面進(jìn)行綜合比較，合理選擇壓力調(diào)節(jié)閥，對保證水管道的安全、穩(wěn)定、高效運行具有重要意義。
   參考文獻(xiàn)
   ［1］石建杰，戚蘭英．張坊水源應(yīng)急供水工程調(diào)節(jié)閥的選型設(shè)計［J2005年北京水利，(1)
   2關(guān)志誠、劉志明、大型引水調(diào)水工程的建設(shè)、開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)A.中國水利水電勘察設(shè)計協(xié)會.調(diào)水工程應(yīng)用技術(shù)研究與實踐C】。北京：2009年中國水利水電出版社
   3陳涌城、杜玉柱、王勇、耿安鋒A.中國水利水電勘察設(shè)計協(xié)會.調(diào)水工程應(yīng)用技術(shù)研究與實踐C】。北京：2009年中國水利水電出版社
   4趙海鵬、周慶春、張恩祥、唐星、楊麗麗、壓力管道長距離輸水調(diào)流設(shè)備選擇A.中國水利水電勘察設(shè)計協(xié)會.調(diào)水工程應(yīng)用技術(shù)研究與實踐C】。北京：2009年中國水利水電出版社