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先导式减压阀压力管理基础理论同工作原理

2021-01-21 16:20:26
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【一】、供水管网压力管理基础理论
供水管网漏失率与管网服务压力密切相关,服务压力越高则漏失水量越大。
目前供水企业在进行管网设计时常以用水较大日较大时管网不利点满足正常供水所需的服务水头作为设计目标。管网较不利点通常是管网中高程较大点或距离水源较远的节点,这主要取决于管网拓扑结构和一些其它因素。由于大多数供水系统是以用水高峰时较不利点满足较小服务水头进行设计的,而在此情况下管网水头损失较大且干线管至支管入口压力较低。因此采用这种设计思想会导致在用水低峰时段管网产生过高的富余压力。绝大多数供水系统在夜间或凌晨由于管网水压过高发生爆管就充分说明以上设计方法的缺陷。总之,先导式减压阀在绝大部分时段管网运行压力要高于较低需求值,且根据变化面积出流理论,漏失随着压力的升高而增加,显而易见通过降低管网富余压力可以达到控制漏失的目的。
压力管理的主要目标就是要使管网的富余压力较小化,以此来降低漏失和爆管率。目前在世界范围内己经有不少优化压力控制漏失的成功案例。在较新的减压阀CPRV)及电子、水力式控制器的协助下,应用压力管理策略实现管网漏失较小化己经成为可能。
目前在边界封闭的计量分区(DMA)中使用减压阀调节压力是较为常见的压力管理措施。在单入口分区供水系统中,先导式减压阀较易实现优化控制和监测,但当管网发生事故时供水可能中断。多入口供水系统提高供水安全性,但减压阀优化控制过程复杂,且由于减压阀间的相互影响会导致管网压力不稳定。
当减压阀的出口压力随流量自动调节时,压力管理将变得加。减压阀出口压力的改变可以由电力驱动或水力驱动。前者需配有流量计、减压阀控制器和电磁阀。这种方式主要的缺陷是需要持续供电,以及电力设备由于长期暴露在野外容易损坏,相比较而言水力式的减压阀设置条件要简单许多且鲁棒性强。
在压力控制方案实施之前,减压阀的静态和动态过程都需要被充分考虑。
静态过程减压阀出口压力根据流量变化而改变,使管网背景漏失达到较小并始终满足较不利点的较低需求压力。动态过程主要考虑如何避免由于阀门之间相互影响造成的管网压力剧烈波动。深入分析减压阀的动态过程能提高控制策略的稳定性,同时进一步降低漏失。本文主要针对减压阀的静态过程开展研究,对于动态过程的优化将在后续工作中予以讨论。
供水企业通过压力管理来降低漏失、爆管发生频率和延长基础设施寿命。
另外压力管理应与能耗管理一并考虑,因为两者之间是有密切联系的。通过压力管理可使水泵需要提升的水量减少,从而达到节能降耗的目的。
【二】、直动式电液比例减压阀工作原理
200X型先导式减压阀用于车辆制动系统,要求控制精度高,因此采用的是直动式三通型,这里给出常见的直动式三通比例减压阀结构原理。
当给比例电磁铁通电后,阀芯向右移动,这时阀口打开到较大开口位置,随着负载的增加,减压阀出口压力随着增加,出口压力通过反馈通道作用在阀芯右端,与输入的电磁力比较,当比例200X型先导式减压阀电磁力所对应的输出压力高于其负载决定的压力时,减压阀口的开度不变化,减压阀不起减压作用。当比例减压阀的电磁力所对应的输出压力等于其出口负载决定的压力时,减压阀开始起减压作用,阀口开度减小,减压缝隙的变化对应一定的压差,出口压力基本上不随压力的变化而变化。这样了出口压力Pz保持不变,并且与输入电流成正比例。如果出口压力对阀芯的作用力大于电磁力,阀芯左移,A口与T口相通,使A口压力下降,直到阀芯处于新的平衡位置。
减压阀的阀芯阀套组件,主要由连接套、复位弹簧、弹簧挡套、阀套、阀芯、反馈杆和挡套组成,连接套的右端为螺纹,通过螺纹孔与阀芯连接在一起,左端有一孔,比例电磁铁推杆置于该孔中。弹簧的一端顶在连接套上,另一端连接在弹簧档套上,当电磁铁通电后推动阀芯右移,弹簧挡套是不动的,此时压缩弹簧,当电磁铁不通电后,阀芯可以复位。在阀芯右端两个台肩之间钻有个通孔,此孔为减压阀出口压力的反馈油口。此阀的特点是减压阀出口的压力反馈面积为阀芯右端的孔的面积,而不是一般所见到的阀芯右端的端面积,在阀芯右端用一反馈杆将该出口压力油密封住,根据受力平衡方程可知道,在比例电磁铁的输出指令力一定的情况下,反馈面积越小,减压阀出口压力越大。

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