先導(dǎo)式泄壓閥水力瞬變的仿真

楊開(kāi)林

（流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

1 研究背景

當(dāng)泵站加壓管道輸水系統(tǒng)事故斷電或機(jī)組啟停時(shí)，在輸水管道中都會(huì)發(fā)生水擊現(xiàn)象，水壓突然急劇增加或下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生爆管事故［1］。在此情況下，可采用泄壓閥防止水擊破壞事故的發(fā)生。

泄壓閥或者超壓泄壓閥的發(fā)展歷史悠久，已經(jīng)有很多相關(guān)的理論研究成果。早期的泄壓閥為彈簧式，閥瓣與閥座的密封靠彈簧的作用力，當(dāng)水壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，泄壓閥克服彈簧力瞬時(shí)開(kāi)啟放水泄壓，一旦水壓小于設(shè)定值時(shí)，泄壓閥在彈簧作用下瞬時(shí)關(guān)閉。Singh［2］和Krivosheev［3］建立了彈簧式泄壓閥的二階運(yùn)動(dòng)方程，以閥進(jìn)口壓力作為激勵(lì)，分析了泄壓閥工作過(guò)程中的穩(wěn)定性。由于彈簧式泄壓閥存在運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題，且它的瞬時(shí)全關(guān)可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的閉閥水錘，目前正在被先導(dǎo)式泄壓閥代替。先導(dǎo)式泄壓閥由導(dǎo)閥和主閥組成，通過(guò)導(dǎo)閥的啟閉來(lái)控制主閥的啟閉，主閥具有快開(kāi)慢關(guān)的功能，能夠迅速開(kāi)啟防止水壓的大幅升高，緩慢關(guān)閉可防止自身關(guān)閥產(chǎn)生的水擊危害。導(dǎo)閥感應(yīng)水壓的變化，反應(yīng)靈敏，動(dòng)作迅速，在設(shè)定壓力的1%的范圍內(nèi)就能夠動(dòng)作，主閥響應(yīng)時(shí)間小于0.1 s［4-5］。楊開(kāi)林［6］研究了先導(dǎo)活塞式泄壓閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，考慮各方面因素，包括水壓力、運(yùn)動(dòng)部件的重力、彈簧力、活塞環(huán)摩阻力以及滲漏等，建立了描述主閥啟閉速度與時(shí)間關(guān)系的運(yùn)動(dòng)方程，提出了合理選擇活塞直徑與主閥瓣直徑以減小水壓變化對(duì)關(guān)閉過(guò)程影響的方法，進(jìn)而解析得出主閥關(guān)閉速度、行程、關(guān)閉時(shí)間的計(jì)算公式及運(yùn)動(dòng)規(guī)律。……