[发明专利]多喷孔套筒式调流阀设计方法和套筒式调流阀

说明书

技术领域

本发明涉及一种多喷孔套筒式调流阀设计方法和套筒式调流阀，是用于一种输水工程的阀门的设计方法和设备，是一种套筒式调流阀的设计方法和使用所述设计方法设计的多喷孔套筒式调流阀。

背景技术

多喷孔套简式调流阀的诞生已经有40年的历史（Miller，1969；Burgi，1977），目前在输水工程中获得广泛应用。多喷孔套简式调流阀有如下优点：①可以在高压差环境下，长期无气蚀运行；②可以全程(由全开到全关)调流调压，调流精度高，一般为过流量的±0.5％；③无危害性噪音和振动，用于清水时，可以长期无故障运行，使用寿命长达30-50年；④可以采用电力、液压等多种方式驱动。既可以现场操作，也可以远方控制；⑤消能、减压范围广，能适应上游水头的不断变化。现有多喷孔套筒式调流阀的套筒上的喷孔是均匀分布，并且所有喷孔的直径相同。这种喷孔均匀分布并且喷孔直径相同的套筒式调流阀的无量纲阀门流量系数 和开度特性曲线是线性的，或者上凸的。最新的研究表明，对中高水头、长距离、大流量管道输水工程，现有调流阀特性的设计存在水击过程控制困难的问题，其原因是在大开度时，流量随开度的减小改变不大，使得流量的改变集中在小开度，导致水击压力过大，或者关闭时间太长而无法实施。

发明内容

为克服现有技术问题，本发明提出一种多喷孔套筒式调流阀设计方法和套筒式调流阀，所述设计方法有意识的修改无量纲阀门流量系数和开度特性曲线，将该特性曲线向下凹，形成理想调流阀，其特性是使流量随开度线性变化，这时关闭阀门时的水压与关闭时间成正比，在相同的线性关闭时间，调流阀引起的水击压力升高最小。具体设计的套筒式调流阀的套筒上的孔设计为套筒上部的孔较大，套筒下部的孔较小。

本发明的目的是这样实现的：一种多喷孔套筒式调流阀的设计方法，所述方法的步骤如下：

计算水头损失的步骤：用于根据给定条件：调流阀设计流量Q_r，上下游水池水面设计高程差ΔZ，管道设计阻抗系数S通过公式：

ΔH_r=ΔZ-S Q_r²

计算调流阀全开时的水头损失ΔH_r；

计算调流阀的圆筒式内闸截面积的步骤：用于选择调流阀的圆筒式内闸标称直径D，并通过圆筒式内闸标称直径D计算圆筒式内闸截面积A；

计算阻力系数的步骤：用于通过调流阀设计流量Q_r、调流阀全开时的水头损失ΔH_r、圆筒式内闸截面积A和公式：

计算调流阀全开时的阀门阻力系数ζ_r；

计算调节阀的无量纲流量系数τ与调节阀的阀门开度系数y之间对应关系，并计算确定圆筒式内闸上的喷孔参数的步骤：用于建立无量纲流量系数τ和阀门开度系数y对应关系或近似对应关系曲线，并根据所述关系曲线计算确定圆筒式内闸上的喷孔的大小及喷孔沿周向和轴向的分布参数；所述的计算调节阀的无量纲流量系数τ与调节阀的阀门开度系数y之间对应关系并计算确定圆筒式内闸上的喷孔参数的步骤可以选择以下两种方式之一：

方式一：

将ΔZ、ΔH_r、A以及y等于0-1之间的多个数值带入公式：

获得多个与阀门开度系数y值对应的阀门阻力系数ζ值；

由获得多个与阀门开度系数y值对应的无量纲流量系数τ值，形成无量纲流量系数τ与调节阀的阀门开度系数y之间对应关系曲线；

根据无量纲流量系数τ与调节阀的阀门开度系数y之间对应关系曲线计算确定圆筒式内闸上的喷孔参数；

方式二：

将参数ΔZ、ΔH_r、y=0.5带入公式：

计算出τ在y=0.5时的值τ_0.5；