教你如何計算排泥閥的操作力

在給排水構筑物設計中，排泥問題是經常遇到的。在許多情況下，排泥閥設于池底,利用池內靜水壓將積泥排除，以滿足正常運行的要求。

對于這種排泥閥操作力的計算，給排水設計手冊第九冊提出了如下計算公式(9-34)(見圖1)：

最大操作力，出現在開閥時

圖1

F = P + Qmω+ W(公斤)

式中Qmω——外加密封力(公斤)；

W——閥板及螺桿的重量(公斤)；

P——介質壓力作用

在閥板上面，啟閉時對螺桿產生的軸向力(公斤)。

P=π/4(D+b)2γH/10(公斤)

D——泥閥口徑(厘米)；

b——閥座密封面寬度(厘米)；

H——水深(米)；

γ——介質比重。

手冊所提出的計算公式(9-34)不太全面，如圖2所示，只有當排泥管中水位達到0-0位置時，使用公式( 9-34 )才是正確的。

在實際工程中，排泥管中往往是無水的，即使有水也不會是滿管，要想使排泥管中水位達到0-0位置是不太現實的，此時使用公式(9-34)就不太合適了。原因是：當水位達到0-0位置時，在開啟排泥閥時不產生射流；然而當水位低于0-0位置時，排泥閥剛被打開一點，這時過水斷面很小，在靜水壓的作用下閥門處產生一股流速很大的水流。由于這股水流的出現而產生一個動水壓力，這個力附加在閥板上，使閥門的操作力增大。這種力的存在和大小，在水力學上早已有明確的闡述。

圖2

如圖3，設軸線為NN的射流沖擊到壁面AB再沿兩個方向分流，這兩個方向和原來的流動軸線成a1和a2的角度。令每秒流過的液體質量為m0，射流速度為u0，而分流射流的每秒質量及速度為m1、m2及u1、u2。在主流射流中引法向斷面0-0，在分流射流中引法向斷面1和2，即NN軸向射流對壁面的作用力等于各項動壓力在NN軸向分力之和：

m0υ0-m1υ1cosa1-m2υ2cosa2=Rcosβ

式中R——壁面對射流的反作用力；

β——力的方向和軸線NN之間的夾角。

這個方程式中有三個未知數R、β、m1(因為m2=m0-m1)我們來討論最簡單的一種情況：射流對稱地沖擊垂 直于射流的平壁面上(見圖4)，在這種情況下

m1=m2；a1=a2=90°；β=0；R=m0u0。

而射流作用于壁面上的沖擊力

P=R=ρωυ02=γ/g-ωυ02

這個力還可以表示為以下形式：P=γ/g-ωυ02=2ωγ×υ02/2g=2ωγH

式中H=υ02/2g為射流的速度水頭。

得出的表達式可以表述如下， 射流作用于平壁面上的動壓力等于作用于此壁面上總水靜壓力的兩倍，此總水靜壓力的作用面積等于射流的斷面面積，而作用水頭H等于射流的速度水頭υ02/2g。實驗證明，P力的實際數值為用公式計算的理論值的0.92-0.95倍。