先导式减压阀结构尺寸优化和管理研究现状

<一>、减压阀结构尺寸优化
对于减压阀，活塞的大小与启闭力相关，决定阀门的动态特性。活塞的大小是套筒式减压阀的核心参数，需要对其进行优化设计。套筒式减压阀有两个活塞，活塞尺寸优化是一个典型的多目标约束优化问题；而对于执行器，其大小决定了压力监控系统的工作范围、稳定性和性，过小的直径会缩小出口压力的调节范围，过大的直径又会造成控制系统的泄漏。对于先导式减压阀的关键参数，包括减压阀的活塞尺寸和执行器的膜片尺寸，建立优化设计模型并求解，一组确定的结果是智能减压阀动态特性的基础。
相对常规阀门来说，减压阀常在较小开度工作，前后压差大，流速高，噪声大。当阀前后压差达到临界状态时，减压阀内部会产生气蚀现象。气蚀也称空化，是一种水力动现象，是引起阀门振动、噪声的主要因素，它会腐蚀金属，严重时对设备造成损伤，影响阀门的工作性能，降低使用寿命。其它条件时，加大节流孔孔距和采用小的孔径可以提高阀门的抗气蚀能力、降低噪声的产生，但是同时也降低了阀门的流量系数，减少阀门的过流能力。因此，就孔距和孔径参数对动的影响规律展开研究，使噪声、气蚀、流量系数之间取得较优平衡的孔径和孔距参数，是减压阀需要解决的关键技术问题。
<二>、供水管网压力管理研究现状
供水管网的压力与管网漏损、爆管率相关，是供水用户与供水企业都关注的重要指标。对于自来水用户来说，供水压力是表征供水质量的直观要素，供水压力高低波动会影响用户的正常使用，这往往成为客户投诉的主要原因；对于企业来说，供水压力带来的一系列问题直接影响企业的经济效益。为了管网中压力较低点的用户的供水压力，在确定泵房和分水口压力时，常以压力较低点(或称较不利点)的压力作为指标。这样存在两个问题：一是距离泵房或减压阀近的点，供水压力较高：二是当夜间流量降低时，较不利点的压力也会升高。因此，管网阀门的布置优化和管网压力的合理调度策略成为近年来相关人员学术研究和工程应用的主要内容。
在，目前压力管理的产品已经比较成熟，压力管理(PMA)一般以分区计量(DMA)一同实施。在较近实施的工程实践中，调压阀门一般都是减压阀(PRV)也有一部分自来水公司在压差低于200kPa的场合采用蝶阀来调压。对于单入口的供水网络，区域内的压力只受用水流量和调压阀开度的影响，调压阀的控制较简单；而对于多入口网状形供水网络，区域内的压力不仅受到用水流量的影响，而且受到多个调压阀的共同影响。对于多台调压阀的控制策略将变得复杂，应使用智能算法实现错时调节，并对间隔时间有严格的要求，否则会产生振荡现象。
目前应用的200X型先导式减压阀有自力式和电动阀两类，自力式采用基于压力负反馈的水力驱动，在控制系统休眠时，机械系统能自动阀后压力并通过水力驱动开度变化使阀后压力保持在士6%的精度内。相对自力式不消耗动力电源的工作模式，200X型先导式减压阀每一次开度调节都需要动力电源来驱动，但电动减压阀的控制精度要高一些，对背景漏失的控制，因此，减压阀及其控制策略的选择应以总体能耗为目标变量来进行优化分析。
目前在供水管网压力管理的研究主要包括四个方面，即压力管理与漏损相关性研究、压力控制策略优化、减压阀布置优化、压力管理综合优化研究。