多喷孔套筒式调流阀设计方法和套筒式调流阀技术

本发明专利技术涉及一种多喷孔套筒式调流阀设计方法和套筒式调流阀，是一种套筒式调流阀的设计方法的使用所述设计方法设计的多喷孔套筒式调流阀。本发明专利技术所述方法的步骤包括：计算水头损失的步骤；计算调流阀的圆筒式内闸截面积的步骤；计算阻力系数的步骤；计算调节阀的无量刚流量系数τ与调节阀的阀门开度系数ｙ之间对应关系，并计算确定圆筒式内闸上的喷孔参数的步骤。本发明专利技术通过将无量纲阀门流量系数τ和开度ｙ特性曲线，将该特性曲线向下凹，形成理想调流阀。具体设计调流阀时可以简单的通过调整调流阀圆筒式内闸的标称直径、圆筒式内闸上的喷孔的分布和大小实现，对于应用现有工艺进行调流阀的制造不增加太多的困难。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多喷孔套筒式调流阀设计方法和套筒式调流阀，是用于一种输水工程的阀门的设计方法和设备，是一种套筒式调流阀的设计方法和使用所述设计方法设计 的多喷孔套筒式调流阀。
技术介绍
多喷孔套简式调流阀的诞生已经有40年的历史(Miller, 1969 ;Burgi， 1977)，目 前在输水工程中获得广泛应用。多喷孔套简式调流阀有如下优点①可以在高压差环境下， 长期无气蚀运行；②可以全程(由全开到全关)调流调压，调流精度高，一般为过流量的 ±0.5% ;③无危害性噪音和振动，用于清水时，可以长期无故障运行，使用寿命长达30-50 年；④可以采用电力、液压等多种方式驱动。既可以现场操作，也可以远方控制；⑤消能、减 压范围广，能适应上游水头的不断变化。现有多喷孔套筒式调流阀的套筒上的喷孔是均匀 分布，并且所有喷孔的直径相同。这种喷孔均匀分布并且喷孔直径相同的套筒式调流阀的 无量纲阀门流量系数t和开度y特性曲线是线性的，或者上凸的。最新的研究表明，对中 高水头、长距离、大流量管道输水工程，现有调流阀特性的设计存在水击过程控制困难的问 题，其原因是在大开度时，流量随开度y的减小改变不大，使得流量的改变集中在小开度， 导致水击压力过大，或者关闭时间太长而无法实施。
技术实现思路
为克服现有技术问题，本专利技术提出一种多喷孔套筒式调流阀设计方法和套筒式调流阀，所述设计方法有意识的修改无量纲阀门流量系数t和开度y特性曲线，将该特性曲线向下凹，形成理想调流阀，其特性是使流量随开度y线性变化，这时关闭阀门时的水压与关闭时间成正比，在相同的线性关闭时间，调流阀引起的水击压力升高最小。具体设计的套筒式调流阀的套筒上的孔设计为套筒上部的孔较大，套筒下部的孔较小。 本专利技术的目的是这样实现的一种多喷孔套筒式调流阀的设计方法，其特征在于所述方法的步骤如下 计算水头损失的步骤用于根据给定条件调流阀设计流量Qf，上下游水池水面设 计高程差A Z，管道设计阻抗系数S通过公式 A Hr = A Z-SQr2 计算调流阀全开时的水头损失AHr ; 计算调流阀的圆筒式内闸截面积的步骤用于选择调流阀的圆筒式内闸标称直径 D，并通过圆筒式内闸标称直径D计算圆筒式内闸截面积A ; 计算阻力系数的步骤用于通过调流阀设计流量Qr、调流阀全开时的水头损失 △ H。圆筒式内闸截面积A和公式 <formula>formula see original document page 4</formula> 计算调流阀全开时的阀门阻力系数4 j 计算调节阀的无量刚流量系数t与调节阀的阀门开度系数y之间对应关系并计 算确定圆筒式内闸上的喷孔参数的步骤用于建立无量刚流量系数t和阀门开度系数y对 应关系或近似对应关系曲线，并根据所述关系曲线计算确定圆筒式内闸上的喷孔的大小及 喷孔沿周向和轴向的分布参数。 —种根据上述方法设计的多喷孔套筒式调流阀，包括设有出水口的阀体，所述的 阀体的中部安装有阀座，所述的阀座上安装有带多个喷孔的圆筒式内闸，内闸的上部连接 阀套筒，所述的阀套筒连接进水口 ，所述阀套筒上还安装有传动和动力装置，所述的圆筒式 内闸的喷孔直径随位置的变化而不同，圆筒式内闸上半部的喷孔直径较大，下半部的喷孔 直径较小。 本专利技术产生的有益效果是通过将无量纲阀门流量系数t和开度y特性曲线，将 该特性曲线向下凹，形成理想调流阀。具体设计调流阀时可以简单的通过调整调流阀圆筒 式内闸的标称直径、圆筒式内闸上的喷孔的分布和大小实现，对于应用现有工艺进行调流 阀的制造不增加太多的困难。在实际生产中仅仅改变圆筒式内闸上上下喷孔的直径即可达 到目的。根据本专利技术所述方法进行设计的调流阀适应长距离、大流量管道输水系统的水击 控制，效果明显。附图说明 下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。 图l是输水工程示意图； 图2是传统的调流阀的无量纲阀门流量系数t和开度y特性曲线； 图3是本专利技术实施例一所述的方法设计的理想调流阀的无量纲阀门流量系数t和开度y特性曲线； 图4是本专利技术实施例三所述的方法设计的调流阀的无量纲阀门流量系数t和开度y特性曲线； 图5是本专利技术实施例四所述的调流阀结构示意图。具体实施方式 实施例一 输水工程的水位和调流阀的位置如图1所示。其中Z工和Z2分别为调流阀1的上 游水位和调流阀的下游水位。调流阀进出口水头损失可描述为r 卩2 Ai/ =2g ( 1 ) 式中AH-调流阀的水头损失；V-通过调流阀的水流流速，4-阀门阻力系数，g-重力加速度。 式(1)可以改写为 M/ = A//rl^ … (2) 式中AHr-调流阀全开，即y = 1. 0时的调流阀的水头损失，其中下标r表示调流5阀全开；q = Q/Qr ;r = VfT 无量纲阀门流量系数。 调流阀厂家常常提供4 _y离散数据代表调流阀特性，或采用式(2)关系可得图2 所示无量纲阀门流量系数t与阀门开度系数y的关系曲线。 从图2可见，传统的无量纲阀门流量系数t和阀门开度系数y特性曲线是线性 的，或者上凸的，这有利于在阀门的整个行程内允许精确的流量控制，但是不利于长管道的 水击控制。 本实施例是一种多喷孔套筒式调流阀的设计方法。本实施例通过把无量纲流量系 数t与阀门开度系数y和管路特性结合起来，获得理想调节阀t与y的计算公式，然后根 据实际情况需要，设计适应水击控制的多喷孔套简式调流阀。 为了实现上述目标，首先建立分析模型 阀门的水头损失可描述为 A// = f右，(3):，A-调流阀截面积，4阀门阻力系数， 式中A H-调流阀水头损失，Q-调流阀、》 g_重力加速度。 式(3)可以改写为 A// = ^^a2 一 (4) 式中AHr-调流阀全开，即y = 1.0时，即阀门全开时的调流阀的水头损失，其中 下标r表示调流阀全开；q = Q/Qr ;r = V^7 无量纲流量系数。 如图1所示，管道上游水池与下游水库的伯努利能量方程为 Zi二Z2+AH+SQ2 (5) 式中Z^上游水池水面高程；Z2_下游水池水面高程；S_管道阻抗系数。式(5)右边第三项表示管路水头损失。 将式(4)代入式(5)得一 (6) 1禾口Q = Qr，从式(6)可得式中A z = Z「Z2。由于阀门全开时ts — Az - a/j;= (7)若流量Q随阀门开度y线性变化时，即 Q = Qry (8)这时调流阀将具有最好的水力性能，满足这一条件的调流阀就称为理想调流阀。 将式(7)和式(8)关系代入式(6)可得Az = Ai/r 4 + (Az _ Mrr V6 <formula>formula see original document page 7</formula>(9) 式(9)就是理想调流阀t与y的关系。换句话说，只要满足式(9)条件，流量就 随阀门开度线性变化。图3示出了理想调流阀无量纲流量系数t与阀门开度y的关系曲 线。显然，理想调流阀特性曲线是下凹型。 由r = V^7 可得<formula>formula see original document page 7</formula>式(10)就是理想调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多喷孔套筒式调流阀的设计方法，其特征在于所述方法的步骤如下：计算水头损失的步骤：用于根据给定条件：调流阀设计流量Ｑ↓［ｒ］，上下游水池水面设计高程差ΔＺ，管道设计阻抗系数Ｓ通过公式：ΔＨ↓［ｒ］＝ΔＺ－ＳＱ↓［ｒ］↑［２］计算调流阀全开时的水头损失ΔＨ↓［ｒ］；计算调流阀的圆筒式内闸截面积的步骤：用于选择调流阀的圆筒式内闸标称直径Ｄ，并通过圆筒式内闸标称直径Ｄ计算圆筒式内闸截面积Ａ；计算阻力系数的步骤：用于通过调流阀设计流量Ｑ↓［ｒ］、调流阀全开时的水头损失ΔＨ↓［ｒ］、圆筒式内闸截面积Ａ和公式：ζ↓［ｒ］＝２ｇＡ↑［２］ΔＨ↓［ｒ］／Ｑ↓［ｒ］↑［２］计算调流阀全开时的阀门阻力系数ζ↓［ｒ］；计算调节阀的无量刚流量系数τ与调节阀的阀门开度系数ｙ之间对应关系，并计算确定圆筒式内闸上的喷孔参数的步骤：用于建立无量刚流量系数τ和阀门开度系数ｙ对应关系或近似对应关系曲线，并根据所述关系曲线计算确定圆筒式内闸上的喷孔的大小及喷孔沿周向和轴向的分布参数。

【技术特征摘要】
一种多喷孔套筒式调流阀的设计方法，其特征在于所述方法的步骤如下计算水头损失的步骤用于根据给定条件调流阀设计流量Qr，上下游水池水面设计高程差ΔZ，管道设计阻抗系数S通过公式ΔHr＝ΔZ-SQr2计算调流阀全开时的水头损失ΔHr；计算调流阀的圆筒式内闸截面积的步骤用于选择调流阀的圆筒式内闸标称直径D，并通过圆筒式内闸标称直径D计算圆筒式内闸截面积A；计算阻力系数的步骤用于通过调流阀设计流量Qr、调流阀全开时的水头损失ΔHr、圆筒式内闸截面积A和公式 <mrow><msub> <mi>&zeta;</mi> <mi>r</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>g</mi><msup> <mi>A</mi> <mn>2</mn></msup><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>H</mi> <mi>r</mi></msub> </mrow> <msup><msub> <mi>Q</mi> <mi>r</mi></msub><mn>2</mn> </msup></mfrac> </mrow>计算调流阀全开时的阀门阻力系数ζr；计算调节阀的无量刚流量系数τ与调节阀的阀门开度系数y之间对应关系，并计算确定圆筒式...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨开林，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]