[发明专利]一种隔膜式先导水击泄压阀的设计方法

权利要求书

1.一种隔膜式先导水击泄压阀的设计方法，所述方法所述设计的隔膜式先导水击泄压阀包括主阀和导阀；

所述的主阀包括：与输水干管联通的主阀进水腔和与主阀泄水管连通的主阀泄水腔；所述的主阀进水腔和主阀泄水腔之间设有主阀瓣和主阀座，所述的主阀瓣通过主阀连杆与主阀隔膜盘固定连接，所述的主阀隔膜盘上下两侧分别设有上腔和下腔，所述的下腔设有与主阀泄水腔连通的缓冲孔，所述的主阀隔膜盘周围设有使主阀隔膜盘能够上下运动的主阀隔膜，所述的主阀连杆周围设有使主阀瓣复位的主阀弹簧；

所述的导阀包括：通过上腔管与上腔连通的导阀进水腔和与导阀泄水管连通的导阀泄水腔，所述的导阀进水腔和导阀泄水腔之间设有导阀座和导阀瓣，所述的导阀瓣通过导阀连杆与导阀隔膜盘固定连接，所述的导阀隔膜盘上侧设有导阀弹簧腔和导阀复位弹簧，所述的导阀隔膜盘下侧设有导阀控制腔，所述的导阀控制腔通过取样管与主阀进水腔连通，所述的导阀隔膜盘周围设有使导阀隔膜盘能够上下运动的导阀隔膜；

所述的上腔管设置一交汇点，分支出一条与主阀进水腔连通的进水管，所述的进水管上依次设置微调阀和过滤网；

其特征在于，

设计基本原则为：

1)主阀开启迅速，时间短，以减小管道水击压力升高；

2)主阀关闭缓慢，以防止关闭过快产生关阀水锤；

所述方法包括如下计算：

建立运动方程：

设定两个假设：

假设1：上腔进水管、上腔管、取样管、泄水管很短，水流的惯性力和弹性忽略不计；

假设2：主阀水道高程差与干管水压相比微小，忽略不计；

以隔膜式泄压阀主阀运动部件作为控制体，并以主阀阀瓣开启方向为行程Y的正向，则作用在控制体上的力是隔膜盘与主阀阀瓣上下表面的水压力、运动部件的重力、主阀弹簧的弹力、阀杆表面摩擦力及隔膜拖拽力，其中：水压力与作用表面垂直，重力和弹簧力方向与Y方向相反，摩擦力与运动方向相反，在此条件下，主阀运动部件的运动方程为：

式中：m为主阀运动部件的质量；V为主阀瓣运动速度为主阀瓣运动加速度Y为主阀瓣行程；P_d，u、P_d，l为主阀隔膜圆盘上、下面的水压力；P_v，u、P_v，l为主阀阀瓣上、下面的水压力；E为主阀弹簧弹力；F为阀杆表面摩擦阻力，sgn(V)为符号函数；G_y运动部件沿Y方向的重力G_y＝Gsinα；G为运动部件的重力；α为阀杆与水平面的夹角；W为隔膜拖拽力；

建立主阀关闭速度与行程的关系式：

其中：

Y_max为弹簧压缩量最大；t为主阀门运动中的时刻；

其中：C_f为滑动摩擦系数；N为阀杆所受正压力；G_y运动部件沿Y方向的重力G_y＝Gsinα，α为阀杆与水平面的夹角；γ为水的比重；A_d为隔膜盘面积；A_v为主阀瓣面积；A为主阀隔膜和隔膜盘面积；ΔH_v，max为最大水压差；ΔH_v，ini为初始主阀水头损失；k为主阀弹簧系数；S_p为进水管阻抗系数；S_u为上腔管阻抗系数；S_ori为缓冲孔阻抗系数；A_l为隔膜盘面积；

建立主阀开启速度与行程的关系式：

Y＝Y₀+V₀Δt

式中：V₀为时刻t₀时的主阀瓣运动速度；Δt＝t-t₀；主阀开始开启时刻t₀＝0，Y₀＝Y_ini为主阀弹簧预压缩长度；主阀完全开启时，Y＝Y_max；

关键参数计算：

缓冲孔水头损失：

式中：h_ori为缓冲孔水头损失；▽为泄压阀使用地点的海拔高程；

R和r_d的计算：

取隔膜盘半径r_d等于主阀阀瓣半径r_v，即：

r_d＝r_v，A_d＝A_v

则：

R＝r_v+0.5Y_maxcotθ；

校核计算：

主阀完全关闭的时间T_s是否大于期望时间：

主阀开启速度和行程与时间的关系：

如果T_s没有达到大于期望时间的要求，则通过选择较小管径的进水管与较大直径的缓冲孔、上腔水管、泄水管的优化组合，实现主阀开启迅速且关闭缓慢的目的。