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先導(dǎo)式安全泄壓閥閥門阻力系數(shù)實(shí)驗(yàn)研究

文檔作者：張璐朱滿林張言禾王濤文檔來源：西安理工大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月10日
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2012正
第2期
5 設(shè) 備
and Equipment
2012
No．2
先導(dǎo)式安全泄壓閥閥門阻力系數(shù)實(shí)驗(yàn)研究
張璐，朱滿林，張言禾，王濤
(西安理工大學(xué)，陜西西安710048)
摘要：為了防護(hù)水錘，大量的輸水工程中安裝了安全泄壓閥。在進(jìn)行水錘防護(hù)措施研究時(shí)，需要閥
門在不同開度下的阻力系數(shù)。實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)了DN50先導(dǎo)式安全泄壓閥在不同開度下的閥門局部阻力系
數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示閥門在全開情況下，其阻力系數(shù)為4．98。當(dāng)閥門開度大于33％ 時(shí)，隨著閥門開度增
大，阻力系數(shù)減小比較緩慢；當(dāng)閥門開度小于33％ 時(shí)，隨著閥門開度減小阻力系數(shù)增加很快。測(cè)試結(jié)果
可供壓力輸水系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)及水錘防護(hù)措施研究參考。
關(guān)鍵詞：水錘防護(hù)；安全泄壓閥；阻力系數(shù)
中圖分類號(hào)：TV674 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—9614(2012)02—0024—03
Experimental Study on Resistance Coefi cient of
Pilot Operated Safety Relief Valves
ZHANG Lu，ZHU Man—lin，ZHANG Yan—he，W ANG Tao
(Xi’an University of Technology，Xi’all 710048，C~na)
Abstract：For protection of the water hammer，a safety relief valve is installed in a large number of water projeets．Water
hammer protection measures during the study require the resistance coefficient of the pilot operating safety relief valves at different
open degrees．In the laboratory，this paper measured the resistance coefficient of the pilot operating safety relief valves with DN50
at different open degrees．The result of the experiment demonstrates that the resistance coefficient is 4．98 when the valve is fully
open．When the open degree of the valve is more than 33％ ，the resistance coefficient will decrease slowly as the open degree of
the valve increases．When the open degree got less than 33％ ，the resistance coefficient will increase very fast as the open degree
increases．The test results can be used as reference for the engineering design of pressure water systems and water hammer protection
measures．
Key words：water hammer protection；safety relief valve；resistance coefficient
0 引言
對(duì)壓力輸水系統(tǒng)及特別的長(zhǎng)距離壓力輸水系統(tǒng)
安全運(yùn)行造成威脅的主要因素之一是水錘事故。為
了防護(hù)水錘，不少工程安裝了安全泄壓閥 I2 J。在水
力過渡過程中，當(dāng)安全泄壓閥閥前的壓力大于設(shè)定壓
力時(shí)，安全泄壓閥自動(dòng)打開泄水，將主管道的壓力限
定在設(shè)定壓力以下，避免由于壓力過高而造成管道系
統(tǒng)的破壞。對(duì)于安裝安全泄壓閥的壓力輸水工程，進(jìn)
行水錘防護(hù)措施研究時(shí)，需要安全泄壓閥不同開度時(shí)
的局部阻力系數(shù)。文中實(shí)測(cè)了DN50先導(dǎo)式安全泄壓
閥在不同開度下的局部阻力系數(shù)。測(cè)試結(jié)果可供壓
力輸水系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)及水錘防護(hù)措施研究參考。
1 先導(dǎo)式安全泄壓閥概述
先導(dǎo)式安全泄壓閥主要用于供水、石油天然氣、
收稿日期：2011—10—28 收修改稿日期：2011—1l—l8
化工、電力、冶金和城市燃?xì)獾阮I(lǐng)域。先導(dǎo)式安全泄
壓閥具有動(dòng)作精度高、重復(fù)性好、回座快、不泄漏、工
作壽命長(zhǎng)、工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠，能夠在線調(diào)校，反復(fù)啟
跳排放后仍然能自動(dòng)回座，關(guān)閉嚴(yán)密，操作維護(hù)方便
等優(yōu)點(diǎn) 。
1．1 先導(dǎo)式安全泄壓閥結(jié)構(gòu)
先導(dǎo)式安全泄壓閥由主閥和先導(dǎo)閥及其外裝附
件組成，其主閥由閥體、膜片、閥桿組件、主閥板、閥座
等組成，通過外裝附件及先導(dǎo)閥實(shí)現(xiàn)安全泄壓。圖1
為先導(dǎo)式安全泄壓閥結(jié)構(gòu)示意圖。過濾器的主要作
用是過濾水中的雜物，以免堵塞外部管件，使導(dǎo)閥失
靈。導(dǎo)閥上的調(diào)節(jié)螺栓用來調(diào)節(jié)閥門的設(shè)定壓力。
針閥的主要作用是調(diào)節(jié)主閥的關(guān)閉(開啟)速度。
1．2 先導(dǎo)式安全泄壓閥的工作原理
安全泄壓閥將進(jìn)口壓力的變化，反饋到導(dǎo)閥上，
第2期 張璐等：先導(dǎo)式安全泄壓閥閥門阻力系數(shù)實(shí)驗(yàn)研究 25
再由導(dǎo)閥來控制主閥板的啟閉。當(dāng)管路中的壓力超
過導(dǎo)閥的設(shè)定值時(shí)，進(jìn)口的水從控制管進(jìn)入導(dǎo)閥膜片
下腔內(nèi)，使其壓力增高，推動(dòng)導(dǎo)閥閥桿上移，導(dǎo)閥閥板
打開，主閥控制室上腔的水從導(dǎo)閥和控制管排泄，在
進(jìn)口水壓的作用下，主閥板打開。
閥
圖1 先導(dǎo)式安全泄壓閥結(jié)構(gòu)示意圖
當(dāng)管路中的壓力下降至低于設(shè)計(jì)值時(shí)，導(dǎo)閥膜片
下腔的壓力降低，導(dǎo)閥閥桿下移，使其閥板關(guān)閉。從
而導(dǎo)致從控制管進(jìn)入導(dǎo)閥再到主閥控制室上腔的水
壓力增高，在上腔水壓作用下主閥板關(guān)閉。
2 實(shí)驗(yàn)研究
2．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
安全閥是一種自動(dòng)閥門，在結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)方面
與通用閥門有許多不同之處Hj，為使輸水系統(tǒng)的水錘
計(jì)算更加精準(zhǔn)可靠，文中通過測(cè)試DN50安全泄壓閥
的局部阻力系數(shù)，供壓力輸水管道水錘防護(hù)措施研究
參考。
2．2 實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)試安全泄壓閥的閥門阻力系數(shù)，實(shí)
驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)主要根據(jù)《通用閥門流量系數(shù)和流阻系
數(shù)的試驗(yàn)方法》(JB／T 5296—91)進(jìn)行 一 。圖2為
安全泄壓閥阻力系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
圖2 安全泄壓閥阻力系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置圖
實(shí)驗(yàn)采用了循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水由圖中1 壓力罐
經(jīng)水泵通過DN50鋼管流經(jīng)待測(cè)安全閥門和流量計(jì)到
2#壓力罐，再流回至1 壓力罐。
實(shí)驗(yàn)閥門為DN50先導(dǎo)式安全泄壓閥，PN i．0
MPa；水泵采用單級(jí)單吸清水離心泵，型號(hào)IS65—48—
200，流量為25 m ／h，揚(yáng)程為50 rn，轉(zhuǎn)速為2 900 r／
1301n ．
流量測(cè)量采用電磁流量計(jì)，型號(hào)為IFM4080F，規(guī)
格為DN50一NEOP—MO，壓力為4 MPa，流量為0～60
m ／h，精度為1．5％。閥前閥后壓力差采用差壓變送
器測(cè)量，型號(hào)DP4E12M401。閥門開度采用防水位移
傳感器測(cè)量，量程為15 mm，傳感器精度為5％c。實(shí)驗(yàn)
數(shù)據(jù)采集由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成。
2．3 閥門開度手動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
測(cè)試閥門在不同開度的阻力系數(shù)，難點(diǎn)在于控制
閥門開度。先導(dǎo)式安全泄壓閥是通過導(dǎo)閥的壓力來
控制主閥閥板的啟閉，而無法手動(dòng)控制主閥板的開
度。該次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了主閥板手動(dòng)控制裝置，主要采用
正反絲的原理。
圖3為上螺桿結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為下螺桿結(jié)構(gòu)示
意圖。
圖3 上螺桿
圖4 下螺桿
26 Pipeline Technique and Equipment Mar．2012
連接方式為：下螺桿下端與主閥的閥板中心相
連，上端與上螺桿的下端相連；上螺桿穿過主閥上腔
頂部中心與下螺桿相連，上螺桿的內(nèi)絲和外絲旋轉(zhuǎn)方
向相反。通過旋轉(zhuǎn)伸出閥門上腔的上螺桿，就可以帶
動(dòng)下螺桿的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制主閥閥板的開度
變化。
2．4 實(shí)驗(yàn)原理
閥門的阻力系數(shù) 取決于閥門產(chǎn)品的尺寸、結(jié)構(gòu)
開度增大，阻力系數(shù)減小比較緩慢。當(dāng)閥門開度小于
33％時(shí)，隨著閥門開度減小，阻力系數(shù)增加很快。
20
18
籟l6
l4
窿8
6
4
以及內(nèi)腔形狀。水力學(xué)公式為 ． 圖6 DN50先導(dǎo)式安全閥相對(duì)開度與阻力系數(shù)關(guān)系(局部圖)
AH= 南 )
由式(1)得到閥門阻力系數(shù)公式：
= 2 -gr， ．A ·
式中：△ 為閥前閥后壓力差，m；A為管道截面積，m ；
Q為管道流量，m ／s；g為重力加速度，rn／s ．
3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和分析
3．1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成。在
數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)中，采用16位A／D轉(zhuǎn)換的高精
度數(shù)據(jù)采集板，對(duì)壓力傳感器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行
處理，最后轉(zhuǎn)換為EXCEL表格進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和處
理Eg]。
3．2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析
在EXCEL中進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化和分析，采集的原
始數(shù)據(jù)均為電壓值，轉(zhuǎn)化后繪制的不同閥門相對(duì)開度
與阻力系數(shù)關(guān)系圖如圖5、圖6所示。閥門的相對(duì)開
度是指閥門實(shí)際開度與最大開度之比。實(shí)測(cè)閥門最
大開度12．25 mm，約為閥門公稱直徑的1／4。圖6是
相對(duì)開度大于20％后的閥門阻力系數(shù)，是圖5的局部
圖。
輟
憔
島
C
厘
圖5 DN50先導(dǎo)式安全閥相對(duì)開度與阻力系數(shù)關(guān)系(整體圖)
由圖5可以看出，DN50先導(dǎo)式安全閥全開時(shí)的
阻力系數(shù)為4．98。當(dāng)閥門開度大于33％時(shí)，隨著閥門
4 結(jié)束語
實(shí)測(cè)了DN50先導(dǎo)式安全閥的局部阻力系數(shù)，實(shí)
驗(yàn)結(jié)果顯示閥門在全開情況下，其阻力系數(shù)為4．98。
當(dāng)閥門開度大于33％時(shí)，隨著閥門開度增大，阻力系
數(shù)減小比較緩慢；當(dāng)閥門開度小于33％ 時(shí)，隨著閥門
開度減小，阻力系數(shù)增加較快。先導(dǎo)式安全閥種類較
多，文中僅對(duì)DN50先導(dǎo)式安全閥的局部阻力系數(shù)進(jìn)
行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，測(cè)試結(jié)果可供壓力輸水系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)
及水錘防護(hù)措施研究參考。測(cè)試更多安全閥的阻力
系數(shù)，研究其變化規(guī)律，對(duì)長(zhǎng)距離壓力輸水工程優(yōu)化
設(shè)計(jì)，確保工程安全運(yùn)行起到促進(jìn)作用。
參考文獻(xiàn)：
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分析．水利水電技術(shù)，2010，41(12)：35—37．
[2] 李勇．水擊泄壓閥在長(zhǎng)輸管道上的應(yīng)用．閥f-／，2004(3)：
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[3] 史健．石油化工行業(yè)先導(dǎo)式泄壓閥的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)選
型系統(tǒng)研制：[學(xué)位論文]．蘭州：蘭州大學(xué)，2009．
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究．哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，35(11)：1311—1313．
[8] 郭緯東，裴國(guó)霞，韓會(huì)玲．水力學(xué)．北京：中國(guó)水利水電出
版社，2005．
[9] 余惠瓊，季全凱，符杰，等．一種新型止回閥的試驗(yàn)研究．
西華大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26(2)：50—60．
作者簡(jiǎn)介：張璐(1985一)，碩士研究生，研究方向?yàn)樗Y源系統(tǒng)
工程。

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