壓力波動預(yù)止閥關(guān)閉特性及其對流量變化影響研究

壓力波動預(yù)止閥的關(guān)閉特性是指調(diào)節(jié)閥門的關(guān)閉曲線形狀，常見的有如圖1所示的5種曲線類型，圖中T/TC為關(guān)閉時間/關(guān)閉歷時，A/A0為閥門開啟面積/閥門全開面積。從曲線的變化趨勢可發(fā)現(xiàn)，蝶閥、球閥代表的閥門曲線類型是閥門關(guān)閉時的面積減少率隨著關(guān)閉時間的增長而逐漸減小，即為減速關(guān)閉曲線類型；針形閥、圓形閘閥代表的閥門曲線類型是閥門關(guān)閉時的面積減少率隨著關(guān)閉時間的增長而逐漸增大，即為加速關(guān)閉曲線類型；截止閥代表的閥門曲線類型是閥門關(guān)閉時的面積減少率不隨關(guān)閉時間變化，即為常速關(guān)閉曲線類型。

圖1 壓力波動預(yù)止閥的關(guān)閉曲線類型

壓力波動預(yù)止閥關(guān)閉特性對水錘的影響

經(jīng)過試算，采用壓力波動預(yù)止閥進(jìn)行水錘防護(hù)時確定的相關(guān)工作參數(shù)：開啟壓力為0.5倍穩(wěn)態(tài)壓力，開啟時間為24s，維持開啟時間為6s；關(guān)閉時間為180s。在此條件下，文中將重點研究壓力波動預(yù)止閥的關(guān)閉特性對水錘防護(hù)效果的影響。

壓力波動預(yù)止閥在不同關(guān)閉特性條件下的計算結(jié)果如圖2，3和表1所示。其中，圖5為通過壓力波動預(yù)止閥的流量曲線，圖中Q為流量，t為時間。圖3為泵站出口壓力變化，圖中P為壓力；表1為系統(tǒng)壓力極值的計算結(jié)果，表中Pmax為系統(tǒng)最高壓力極值，Pmin為系統(tǒng)最低壓力極值，Pc為承壓標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 壓力波動預(yù)止閥關(guān)閉特性對流量變化的影響

圖3 壓力波動預(yù)止閥關(guān)閉特性對泵站出口壓力影響

表1 壓力波動預(yù)止閥關(guān)閉特性對水錘影響

圖2的計算結(jié)果表明，壓力波動預(yù)止閥在感應(yīng)到首次壓降時打開，在全開狀態(tài)并選擇針形閥曲線類型時達(dá)到最大外泄量2.56m3/s。對比圖1壓力波動預(yù)止調(diào)節(jié)閥曲線的關(guān)閉類型和圖2的流量變化可知，壓力波動預(yù)止閥關(guān)閉過程中，通過閥門流量的減少率接近于閥門開啟面積的減少率，這說明通過閥門的流量與閥門的開啟面積成正比。

圖3的計算結(jié)果表明，壓力波動預(yù)止閥開啟過程中，因外泄高壓水使得泵站出口壓力由穩(wěn)態(tài)壓力141.61m迅速減小至最小壓力19.90m；隨著壓力波動預(yù)止閥關(guān)閉，泵站出口壓力有所上升，并且蝶閥形式的關(guān)閉曲線相比其他曲線類型最先趨于穩(wěn)定，引起的最大壓力最小，其值為166.15m。這是由于閥門接近全關(guān)時，蝶閥形式的關(guān)閉曲線為減速關(guān)閉類型，所形成的流量減少率逐漸減小，從而降低了關(guān)閥水錘壓力。

      通過表1系統(tǒng)極值的統(tǒng)計情況還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力波動預(yù)止閥的關(guān)閉曲線形式由針形閥、圓形閘閥、截止閥、球閥至蝶閥變化，即曲線類型由加速關(guān)閉曲線、常速關(guān)閉曲線，至減速關(guān)閉曲線變化時，整個輸水系統(tǒng)最高壓力極值有減小的趨勢，而系統(tǒng)最低壓力極值有上升的趨勢。并且，使用壓力波動預(yù)止閥后均可使系統(tǒng)最高壓力防護(hù)到承壓標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，最低壓力防護(hù)在汽化壓力以上。由于閥門關(guān)閉過程中，易發(fā)生關(guān)閥水錘，所以應(yīng)注意閥門關(guān)閉為緩關(guān)，即壓力波動預(yù)止閥關(guān)閉過程中，閥門開啟面積的減少率要不斷減小。因此，當(dāng)壓力波動預(yù)止閥的關(guān)閉特性選為減速關(guān)閉曲線類型時，泵站輸水系統(tǒng)的最高壓力和最低壓力防護(hù)效果最為明顯。