供水管網中套筒閥失穩原因分析與調控

諶臺廣，童成彪，李 威，李碧宇，郭建政

（1.湖南農業大學，長沙 410125；2.遼寧石油化工大學，遼寧撫順 113005）

0 引言

閥門作為管路流體運輸系統中的重要部件，在化工、機械、石油、航空航天等領域有著廣泛的應用［1］。套筒閥是20 世紀60 年代發展起來的閥門品種，它由套筒上的噴孔節流代替單雙閥座的閥芯節流，其主要結構包括閥體、閥座、閥芯和套筒［2-3］，常用于高壓差調節。套筒閥工作特性受制造精度、設計參數、前后管道材質與長度的影響，內部存在復雜的非線性行為。非線性系統存在局部穩定、全局不穩定的典型特征。穩定性分為靜態穩定性和動態穩定性，動態失穩是與閥門的自激振動相關的一種故障現象。失穩表現為循環、顫振、頻跳、混沌等形式的振動［4-5］，其中主要振動類型為自激振動。如KASAI 等［6］在供水管網減壓閥上發現了明顯的自激振動現象。

失穩會導致閥門及其系統的性能退化和過早失效，尤其是在調節閥中比較常見［7-10］。套筒閥內部復雜的流—固—聲耦合非線性行為，其失穩故障溯源是一個非常復雜的動力學問題。20世紀50 年代，LEE［11］開展閥門穩定性研究，1968年，KASAI 等［12］把這項工作推向了深入。20 世紀80 年代，西安交通大學陽含和教授在國內較早開展了閥門失穩研究；21 世紀以來，哈爾濱工業大學、北京科技大學、蘭州理工大學等高校和科研機構在液壓閥的穩定性與自激振動方面做了一定的研究，近幾年的研究焦點在于比例閥和伺服閥的自激振動問題。系統失穩總存在一個擾動因素，從而在能量源和阻尼的共同作用下維持振動。……