机械工程评职范文减压阀应用于给水系统设计

　　摘要：阐述减压阀的分类及原理，分析减压阀的优点。结合供水工况，明确选用原则和配管设计要点，并指出安装及维护要求。

　　关键词：减压阀,给水系统设计,探讨

　　减压阀是一种降低给水管道中水压的阀门，其原理是通过水压的变化或增强局部水头损失以达到减压的目的。具体动作程序是通过启闭件的节流将进口压力稳定至某一个需要的出口压力，并能在进口压力及流量变化时利用介质本身能量保持出口压力基本不变。

　　给水系统设计中常用的减压孔板只能减动压，不能减静压;而给水减压阀既可以减动压，也可以减静压。给水减压阀可以简化给水系统，防止系统超压，避免水击，保护用水设备，节约用水。目前，给水减压阀已广泛应用于各类分区给水系统中，尤其适用于高层建筑的生活及消防给水系统中。

　　1. 给水减压阀的分类及原理

　　按照结构形式分类，给水减压阀分为比例式、可调式两类，结构示意参见图1。

　　比例式的出口压力与进口压力是按照固定比例减压的，常见减压比分别为2:1、3:1、4:1、5:1。比例式结构简单，阀体只有一个活动部件活塞，活塞在截留口的前后面积不同。随着流量的变化，截留口产生的阻力损失随着进口、出口的压力差变化，截留口的缝隙也变化，保持进口、出口的压力按照固定比例。当没有流量时，阀体的截留口完全关闭实现减静压。

　　比例式的减压效果好，无需人工调节，阀体体积小，便于加工制作，价格低廉，安装、维护简便，使用寿命长，但出口压力不能调节。

　　可调式的出口压力可以按照需要进行调节，通过增强局部水头损失以达到减压的目的。进水通过截留口，降低的压力作为反馈信号引到橡胶膜片下面，利用膜片与弹簧的力平衡关系，通过联动阀芯使阀瓣保持在一定的开启高度，得到相应的阻力系数，使出水压力达到设定值。当达到关闭截留口的设定值时，实现减静压。调节弹簧的平衡力可以灵活地调节出口压力。

　　可调式的出口压力相对稳定，动作反应灵敏，使用灵活，结构复杂，阀体体积大，价格较高。使用一段时间后，当出口压力出现偏移时，可以调节后继续使用。阀体内弹簧和隔膜在使用一定年限后，会出现弹性疲劳和老化现象，需及时调整或更换。

　　按照控制方式分类，给水减压阀分为直接作用式、先导式两类。

　　直接作用式是利用出口压力变化直接控制阀瓣运动。

　　先导式由主阀和先导阀组成，出口压力的变化通过先导阀控制主阀动作，并可使出口压力稳定，又称减压稳压阀。

　　2. 应用给水减压阀的优点

　　(1)简化系统。

　　在各类分区给水系统中，尤其是高层建筑的生活及消防给水系统中，由于材料、用水设备对水压的要求，需进行分区供水。应用给水减压阀，系统可以节省分区水泵，取消中转或减压水箱(池)。

　　(2)防止系统超压，避免生活给水的二次污染。

　　应用给水减压阀，可以防止系统超压，避免水击，保护用水设备，节约用水。在生活给水系统中，给水减压阀可以避免生活给水的二次污染。

　　(3)解决供水矛盾。

　　应用给水减压阀，可以解决相邻分区边界的供水矛盾。在消防给水系统中，给水减压阀可以防止消防用水设备的超压，保证系统正常工作。

　　(4)节约投资。

　　由于节省分区水泵及泵房面积，取消中转或减压水箱(池)，从而节约投资。

　　3. 给水减压阀的选用

　　比例式的出口压力与进口压力是按照固定比例减压的，可调式的出口压力可以按照需要进行调节，应根据给水系统的要求，并考虑给水减压阀的正常减压范围，正确地选用。

　　图2表示给水减压阀当进口压力P1一定时，出口压力P2随着流量变化的工况曲线。

　　对于比例式，其中有一段流量(ΔQ)，其压力相对稳定，因此流量在这段ΔQ内变化，能满足出口压力P2相对固定的要求。比例式结构简单，阀体体积小，适用于管径较大的系统。在消防给水系统中，其压力通常是通过比例设定的，宜选用比例式。

　　对于可调式，流量Q的变化受到阻尼的影响，出口压力P2随着流量Q相应变化。随着公称直径的增大，可调式由于其结构的原因造成价格增加很多。可调式适用于流量较小、水压要求准确的系统。在生活或生产给水系统中，由于流量变化较大，压力要求也有波动，宜选用可调式，并现场调定减压值。选用时，应按照产品样本，查出各种公称直径的出口压力调节范围，小公称直径相对在低压范围内调整，大公称直径相对在中压范围内调整。

　　给水减压阀的公称直径，应按照设计秒流量或流量——水头损失曲线选定，流量超过一定限值会产生噪声。噪声的产生与水流速度和阀体结构有关。由于压差较大，阀瓣开启度较小，其间的水流速度很大是产生噪声的主要原因。

　　3.1 比例式给水减压阀选用原则

　　(1)阀前压力与阀后压力按照固定比例减压，而且阀后压力无需调节;

　　(2)按照设计秒流量选定公称直径，而且设计秒流量应在流量——压力特性曲线的有效段内;

　　(3)给水减压阀的压力等级应高于预定的阀前压力;

　　(4)相应于设计流量的阀后压力应满足最不利点用水的水压要求;

　　(5)减压比不宜大于3:1，当采用减压比大于3：1时，应避开气蚀区。

　　3.2 可调式给水减压阀选用原则

　　(1)阀后压力可调节，或阀后压力要求相对稳定;

　　(2)按照流量——水头损失曲线选定公称直径;

　　(3)给水减压阀的压力等级应高于预定的阀前压力;

　　(4)压力等级1.0MPa的给水减压阀的阀后压力不应大于0.8MPa，阀后最低压力不应小于0.05MPa;

　　(5)阀前最低压力应大于阀后动压0.2MPa;

　　(6)在生活给水系统中，阀前与阀后的最大压差不宜大于0.4MPa，要求环境安静的场所不应大于0.3MPa，当最大压差超过规定值时，宜串联设置;

　　(7)给水减压阀的公称直径小于或等于50mm时，宜选用直接作用式;公称直径大于50mm时，宜选用先导式。

　　4. 给水减压阀的材质

　　给水减压阀阀体长期与水接触，若材质为铸铁或碳钢，长期使用有明显的结垢和锈蚀。因而，材质应耐腐蚀，通常为黄铜或不锈钢。

　　5. 给水减压阀的配管设计

　　(1)供水保证率要求高，停水会引起重大经济损失的给水管道上，宜并联设置2个给水减压阀，1用1备工作，而且不得设置旁通管。

　　在设计中为保证系统长期、可靠的工作，宜采用成组并联的设置，参见图3。平时1组工作，另外1组备用。2组分别交替工作，它们同时发生故障的概率很小，可以不予考虑。对于单个给水减压阀一次减压不够时，可以将2个串联作为1组使用，但必须通过计算。不得设置旁通管，若采用旁通超越，则否定了减压的意义，造成系统超压，破坏用水设备。

　　(2)在系统设计中，尽量不设置串联减压。一方面串联减压的供水可靠性差，其中一级发生故障就将影响整个系统;另一方面，在系统的计算中，下一区的起点水压是由上一区的出水水压、水头损失、高差决定的，它们相互影响。在计算中应予以分别对待，以满足各区的水压要求。此外，系统中的给水减压阀是不能无限地串联的。

　　若确实无法避免串联，2个串联的给水减压阀之间设置3倍公称直径长度的连接短管。若比例式和可调式串联，则沿水流方向，比例式在前，可调式在后。

　　(3)比例式宜垂直安装。可调式宜水平安装，以尽量减少重力作用对调节精度的影响。

　　(4)为延长给水减压阀的使用年限，防止小流量时的水压波动，其公称直径宜比所在管段的管径小二至三号。这样，也可以节约投资。

　　(5)给水减压阀前、后均设置切断阀门，用于并联交替工作的切换或检修;需拆卸阀体才可检修的给水减压阀，设置管道伸缩器。

　　(6)给水减压阀前应设置管道过滤器，滤网采用14～18目/cm2的不锈钢丝网或铜丝网。

　　(7)给水减压阀节点处的前、后管段均设置压力表，用于观察其工作状况和滤网的堵塞程度。

　　6. 给水减压阀的安装及维护

　　(1)安装时必须使阀体水流方向与管段水流方向一致，不得反装。

　　(2)安装位置应考虑观察、调试、维护和检修的方便。暗装在阀门井或管道井中，应在其相应位置设置检修口。

　　(3)比例式必须使平衡孔暴露在大气中，不致堵塞。若暗装，需为其提供必要的保护条件。

　　(4)给水减压阀会因杂质堵塞而导致动作失灵，出现水流不畅、超压、卡芯现象。因此，在安装施工时应加强施工质量管理，要求冲洗管段直至满足清洁标准后方可进行给水减压阀和管道过滤器的安装。

　　(5)每年宜进行3～4次的检查及清洗。通过给水减压阀节点处的前、后管段的压力表读数以了解其工作状况，分析有无堵塞，及时清洗管道过滤器滤网上的杂质。有些可调式给水减压阀，其主阀和先导阀自身配置了过滤器，同样需要定期检查及清洗。

　　(6)在使用一定年限后，需及时调整或更换易损件，如比例式的O型密封圈，可调式的弹簧和隔膜。对于比例式，当平衡孔出现漏水时，很可能是O型密封圈磨损。

　　7. 结束语

　　了解给水减压阀的分类及原理，根据给水系统的要求，结合供水工况，正确地选用给水减压阀，配管设计合理，并妥善地进行安装和维护，则不仅能够保证应用给水减压阀的给水系统安全可靠地工作，延长给水减压阀的使用年限，而且节约投资，降低能耗。

　　参考文献：

　　(1)中华人民共和国国家标准：《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)(2009年版)，中国计划出版社，2010;

　　(2)中华人民共和国国家标准：《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)(2005年版)，中国计划出版社，2005;

　　(3)中华人民共和国国家标准：《建筑给水减压阀应用设计规范》(CECS：109-2000)，中国工程建设标准化协会，2000;

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