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多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 |
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| 詳細(xì)介紹 | ||||||||||||||||
之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)活塞閥采用不同出口部件，其臨界汽蝕（氙）變化曲線如圖23-58所示。按式（23-6)計(jì)算的5值在圖23-58的乳曲線下方時(shí)，說(shuō)明出現(xiàn)汽蝕，這時(shí)應(yīng)改變壓力值或更換出口部件類型。當(dāng)5值在曲線上方時(shí)，汽蝕不明顯，若有噪聲則是因?yàn)槠渌蛟斐伞?/p> (1) 多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)概述 多噴孔調(diào)節(jié)閥，又稱套筒式調(diào)節(jié)閥，它分軸流式、淹沒(méi)式及Y形直列式。圖23-59所示為多噴孔軸流式調(diào)節(jié)閥。 對(duì)于管道水擊，理想的水擊控制多噴孔套筒式調(diào)流閥特性是使流量隨開度y線性變化，這時(shí)關(guān)閉調(diào)流閥引起的水擊壓力升高小。本文推導(dǎo)得到理想調(diào)流閥無(wú)量綱閥門流量系數(shù)S與開度y和管路特性之間的解析計(jì)算公式，計(jì)算研究了理想調(diào)流閥水擊控制的效果，提出了具體的實(shí)施方法。 多噴孔套筒式調(diào)流閥的誕生已經(jīng)有40年的歷史(Miller，1969;Burg，1977)，目前在輸水工程中獲得廣泛應(yīng)用。多噴孔套筒式調(diào)流閥有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)可以在高壓差環(huán)境下，長(zhǎng)期無(wú)氣蝕運(yùn)行;(2)可以全程(由全開到全關(guān))調(diào)流調(diào)壓，調(diào)流精度高，一般為過(guò)流量的±0.5%;(3)無(wú)危害性噪音和振動(dòng)，用于清水時(shí)，可以長(zhǎng)期*運(yùn)行，使用壽命長(zhǎng)達(dá)30～50年;(4)可以采用電力、液壓等多種方式驅(qū)動(dòng)，既可以現(xiàn)場(chǎng)操作，也可以遠(yuǎn)方控制;(5)消能、減壓范圍廣，能適應(yīng)上游水頭的不斷變化。 現(xiàn)有多噴孔套筒式調(diào)流閥無(wú)量綱閥門流量系數(shù)S和開度y特性曲線是線性的，或者上凸的，的研究表明，對(duì)中高水頭、長(zhǎng)距離、大流量管道輸水工程，現(xiàn)有調(diào)流閥特性的設(shè)計(jì)存在水擊過(guò)程控制困難的問(wèn)題，其原因是在大開度時(shí)，流量隨開度y的減小改變不大，使得流量的改變集中在小開度，導(dǎo)致水擊壓力過(guò)大，或者關(guān)閉時(shí)間太長(zhǎng)而無(wú)法實(shí)施。為此，2009年筆者針對(duì)一個(gè)實(shí)際工程研究了適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥，并被工程設(shè)計(jì)采用。 多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)現(xiàn)在的問(wèn)題是，應(yīng)該依據(jù)什么設(shè)計(jì)適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥?設(shè)計(jì)原理、方法、性能如何評(píng)估? 上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥對(duì)于管道水擊，理想的水擊控制多噴孔套筒式調(diào)流閥，簡(jiǎn)稱為理想調(diào)流閥，特性是使流量隨開度y線性變化，這時(shí)關(guān)閉閥門時(shí)的水壓與關(guān)閉時(shí)間成正比，在相同的線性關(guān)閉時(shí)間，調(diào)流閥引起的水擊壓力升高小。 本文將首先研究理想調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理，然后通過(guò)計(jì)算研究理想調(diào)流閥水擊控制的效果。 1、理想調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 式(1)可以改寫為 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理
多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)圖1為輸水工程示意圖。 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 參考圖1，管道上游水池與下游水庫(kù)的伯努利能量方程為 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 將式(2)代入得 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 由于閥門全開時(shí) τ =1和Q=Qr，從式(4)可得 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 (2) 特性 噪聲小、振動(dòng)小；具有耐汽蝕性能，具有流量、 壓力調(diào)節(jié)特性；有防堵塞及清、排雜物措施；可自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)閥后壓力、流量。 (3) 應(yīng)用場(chǎng)合 本閥應(yīng)用于自來(lái)水、引水、水電站、循環(huán)水等工程管路上或末端，作為壓力調(diào)節(jié)閥、流量調(diào)節(jié)閥或放水流通過(guò)小孔對(duì)撞于閥門的中心線上，徑向流速急速降低，在噴管的中央形成細(xì)小的紊流區(qū)，水內(nèi)部的劇烈碰撞和摩擦，消除了大部分的能量。該閥在消能的同時(shí)消除了汽蝕的產(chǎn)生，關(guān)鍵在于噴孔的孔形采用錐孔而不是直孔，水流在錐孔與直孔中的流態(tài)如圖 23-61所示。 (4)調(diào)流原理 閥門上游側(cè)管道中的水，從套筒外部經(jīng)過(guò)節(jié)流孔噴向內(nèi)部，再流向閥門下游側(cè)。由于噴出的水流在水中消能，同時(shí)使流體在離開閥壁后產(chǎn)生的汽蝕在水中消除，從而使該閥兼?zhèn)鋬?yōu)良的消能（減壓）效果和耐汽蝕性。流量或壓差的調(diào)節(jié)是通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)套筒 閘在噴管上滑動(dòng)，從而使套管上參與工作的節(jié)流孔的個(gè)數(shù)增加或減少來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。 該閥是利用多束水流中心對(duì)撞來(lái)減壓消能的，小孔對(duì)稱分布于噴管的壁上，如圖23-60所示。因?yàn)橹笨琢鲬B(tài)，壓力恢復(fù)在噴孔內(nèi)，氣泡在噴孔內(nèi)破裂，汽蝕會(huì)損壞噴孔，產(chǎn)生噪聲與振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)危及套筒本體，影響閥門壽命；錐孔W流態(tài)不斷加速，水流速快的部位在噴孔外，從而減少振動(dòng)，避免對(duì)噴孔產(chǎn)生汽蝕。此閥門能在用戶給定的：大工 作流量Qmax、小工作流量Qnin、大工作壓力差 AHn.x,小工作壓差四條指標(biāo)線圍成的區(qū)域內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門開度，達(dá)到工程需要的任意一個(gè)壓差和流量Q。 多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理閥門任一開度下流量與壓差的關(guān)系符合如下公式： Kv=Q(忐)1/2 (23_7) 式中Kv——閥門在某開度下的流量系數(shù)（制造廠提供)； Q 介質(zhì)（水）流量，m3/h; p^介質(zhì)相對(duì)密度，對(duì)于水，取^二：^ AH一閥前后壓差，bar。 (5)具有防堵塞及清、排雜物措施 ①由于該閥采用多小孔射流來(lái)減緩汽蝕，對(duì)于水中有草、雜物的情況是容易出現(xiàn)封堵故障的； ②本閥在底部設(shè)有排污閥和排污管接口來(lái)清排雜物； ③滑動(dòng)套筒前端為硬質(zhì)合金刀口狀，能剪斷和刮下附在網(wǎng)孔套筒上的雜物，通過(guò)排污口排除； ④本閥門設(shè)有排污人孔或手孔蓋，可人工清排雜物； ⑤套筒上的節(jié)流孔直徑根據(jù)水質(zhì)及調(diào)節(jié)精度合理選取，使不太大的雜物直接通過(guò)網(wǎng)孔排向下游； ⑥本閥門具有反沖洗功能，能配合排污閥反沖洗排污。 計(jì)算條件：倒虹吸管進(jìn)口水位1247.3m，出口水庫(kù)水位1118.8m;管道糙率n=0.012;調(diào)流閥采用線性關(guān)閉。 初始條件：在線調(diào)流閥1和球型閥2全開，相對(duì)開度y=1.0，流量8.4m3/s。研究表明，采用原來(lái)廠家提供的多噴孔套筒式調(diào)流閥，即使調(diào)流閥線性關(guān)閉時(shí)間為1500s，閥前水壓也高達(dá)149m水頭，見(jiàn)圖4，其中球型閥開度保持不變。 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理圖4 原廠家調(diào)流閥關(guān)閉水擊過(guò)渡過(guò)程當(dāng)用理想控制調(diào)流閥代替原來(lái)的調(diào)流閥，將本工程參數(shù)Δz=128.5m、ΔHr=4.9m代入式(7)得 多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 從圖6和圖7可得下述結(jié)論：(1)受水擊壓力的作用，流量與閥門開度近似成線性關(guān)系;(2)閥前水壓隨關(guān)閉時(shí)間的增加顯著減小;(3)在同樣的閥前水壓條件下，采用理想調(diào)流閥可以顯著縮短線性關(guān)閉時(shí)間。比較圖4和圖6，雖然理想調(diào)流閥線性關(guān)閉時(shí)間由原來(lái)廠家調(diào)流閥的1500s減少到200s，但是兩者閥前水壓幾乎相同。
3、多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì) 適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理 在理論上，制造廠可以通過(guò)設(shè)計(jì)閥標(biāo)稱直徑以及閥體上噴孔的大小及沿周向和軸向的分布規(guī)律生產(chǎn)出理想調(diào)流閥，但是，在高水頭、大流量條件下，可能會(huì)大大增加調(diào)流閥閥體尺寸和生產(chǎn)成本。在這種情況下，可以采用折衷的辦法，生產(chǎn)實(shí)用的適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥。其原則是：無(wú)量綱閥門流量系數(shù)S與閥門開度y特性曲線必須是下凹曲線或者折線，一般說(shuō)來(lái)，設(shè)計(jì)的S與y曲線越接近理想調(diào)流閥越好。
4、多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理結(jié)語(yǔ) 本文解析推導(dǎo)得到設(shè)計(jì)理想調(diào)流閥無(wú)量綱閥門流量系數(shù)S與閥門開度y的計(jì)算公式，證明理想調(diào)流閥特性曲線是下凹形。理想調(diào)流閥不僅能夠顯著提高管道水擊控制效果，而且可以提高正常輸水流量控制的精度。 多噴孔套筒式調(diào)流閥設(shè)計(jì)原理制造廠可以通過(guò)設(shè)計(jì)閥標(biāo)稱直徑以及閥體上噴孔的大小及沿周向和軸向的分布規(guī)律生成理想調(diào)流閥，也可以采用折衷的辦法，生產(chǎn)實(shí)用的適應(yīng)水擊控制的多噴孔套筒式調(diào)流閥。其原則是：無(wú)量綱閥門流量系數(shù)S與閥門開度y特性曲線必須是下凹曲線或者折線，一般說(shuō)來(lái)，設(shè)計(jì)的S與y曲線越接近理想調(diào)流閥越好。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥 |
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