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先導式安全泄壓閥閥門阻力系數(shù)實驗研究

文檔作者：張璐朱滿林張言禾王濤文檔來源：西安理工大學		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月10日
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2012正
第2期
5 設 備
and Equipment
2012
No．2
先導式安全泄壓閥閥門阻力系數(shù)實驗研究
張璐，朱滿林，張言禾，王濤
(西安理工大學，陜西西安710048)
摘要：為了防護水錘，大量的輸水工程中安裝了安全泄壓閥。在進行水錘防護措施研究時，需要閥
門在不同開度下的阻力系數(shù)。實驗室實測了DN50先導式安全泄壓閥在不同開度下的閥門局部阻力系
數(shù)，實驗結(jié)果顯示閥門在全開情況下，其阻力系數(shù)為4．98。當閥門開度大于33％ 時，隨著閥門開度增
大，阻力系數(shù)減小比較緩慢；當閥門開度小于33％ 時，隨著閥門開度減小阻力系數(shù)增加很快。測試結(jié)果
可供壓力輸水系統(tǒng)工程設計及水錘防護措施研究參考。
關(guān)鍵詞：水錘防護；安全泄壓閥；阻力系數(shù)
中圖分類號：TV674 文獻標識碼：A 文章編號：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
對壓力輸水系統(tǒng)及特別的長距離壓力輸水系統(tǒng)
安全運行造成威脅的主要因素之一是水錘事故。為
了防護水錘，不少工程安裝了安全泄壓閥 I2 J。在水
力過渡過程中，當安全泄壓閥閥前的壓力大于設定壓
力時，安全泄壓閥自動打開泄水，將主管道的壓力限
定在設定壓力以下，避免由于壓力過高而造成管道系
統(tǒng)的破壞。對于安裝安全泄壓閥的壓力輸水工程，進
行水錘防護措施研究時，需要安全泄壓閥不同開度時
的局部阻力系數(shù)。文中實測了DN50先導式安全泄壓
閥在不同開度下的局部阻力系數(shù)。測試結(jié)果可供壓
力輸水系統(tǒng)工程設計及水錘防護措施研究參考。
1 先導式安全泄壓閥概述
先導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、冶金和城市燃氣等領(lǐng)域。先導式安全泄
壓閥具有動作精度高、重復性好、回座快、不泄漏、工
作壽命長、工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠，能夠在線調(diào)校，反復啟
跳排放后仍然能自動回座，關(guān)閉嚴密，操作維護方便
等優(yōu)點 。
1．1 先導式安全泄壓閥結(jié)構(gòu)
先導式安全泄壓閥由主閥和先導閥及其外裝附
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閥實現(xiàn)安全泄壓。圖1
為先導式安全泄壓閥結(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，使導閥失
靈。導閥上的調(diào)節(jié)螺栓用來調(diào)節(jié)閥門的設定壓力。
針閥的主要作用是調(diào)節(jié)主閥的關(guān)閉(開啟)速度。
1．2 先導式安全泄壓閥的工作原理
安全泄壓閥將進口壓力的變化，反饋到導閥上，
第2期 張璐等：先導式安全泄壓閥閥門阻力系數(shù)實驗研究 25
再由導閥來控制主閥板的啟閉。當管路中的壓力超
過導閥的設定值時，進口的水從控制管進入導閥膜片
下腔內(nèi)，使其壓力增高，推動導閥閥桿上移，導閥閥板
打開，主閥控制室上腔的水從導閥和控制管排泄，在
進口水壓的作用下，主閥板打開。
閥
圖1 先導式安全泄壓閥結(jié)構(gòu)示意圖
當管路中的壓力下降至低于設計值時，導閥膜片
下腔的壓力降低，導閥閥桿下移，使其閥板關(guān)閉。從
而導致從控制管進入導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 實驗研究
2．1 實驗目的
安全閥是一種自動閥門，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
計算更加精準可靠，文中通過測試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措施研究
參考。
2．2 實驗裝置
實驗目的是測試安全泄壓閥的閥門阻力系數(shù)，實
驗裝置的設計主要根據(jù)《通用閥門流量系數(shù)和流阻系
數(shù)的試驗方法》(JB／T 5296—91)進行 一 。圖2為
安全泄壓閥阻力系數(shù)測試實驗裝置示意圖。
圖2 安全泄壓閥阻力系數(shù)測試實驗裝置圖
實驗采用了循環(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)待測安全閥門和流量計到
2#壓力罐，再流回至1 壓力罐。
實驗閥門為DN50先導式安全泄壓閥，PN i．0
MPa；水泵采用單級單吸清水離心泵，型號IS65—48—
200，流量為25 m ／h，揚程為50 rn，轉(zhuǎn)速為2 900 r／
1301n ．
流量測量采用電磁流量計，型號為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
器測量，型號DP4E12M401。閥門開度采用防水位移
傳感器測量，量程為15 mm，傳感器精度為5％c。實驗
數(shù)據(jù)采集由計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成。
2．3 閥門開度手動裝置設計
測試閥門在不同開度的阻力系數(shù)，難點在于控制
閥門開度。先導式安全泄壓閥是通過導閥的壓力來
控制主閥閥板的啟閉，而無法手動控制主閥板的開
度。該次實驗設計了主閥板手動控制裝置，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
動下螺桿的移動，從而實現(xiàn)手動控制主閥閥板的開度
變化。
2．4 實驗原理
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。當閥門開度小于
33％時，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。水力學公式為 ． 圖6 DN50先導式安全閥相對開度與阻力系數(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 實驗數(shù)據(jù)的采集和分析
3．1 實驗數(shù)據(jù)的采集
實驗數(shù)據(jù)采集由計算機數(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，對壓力傳感器輸出的模擬信號進行
處理，最后轉(zhuǎn)換為EXCEL表格進行數(shù)據(jù)儲存和處
理Eg]。
3．2 實驗數(shù)據(jù)的分析
在EXCEL中進行數(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開度
與阻力系數(shù)關(guān)系圖如圖5、圖6所示。閥門的相對開
度是指閥門實際開度與最大開度之比。實測閥門最
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先導式安全閥相對開度與阻力系數(shù)關(guān)系(整體圖)
由圖5可以看出，DN50先導式安全閥全開時的
阻力系數(shù)為4．98。當閥門開度大于33％時，隨著閥門
4 結(jié)束語
實測了DN50先導式安全閥的局部阻力系數(shù)，實
驗結(jié)果顯示閥門在全開情況下，其阻力系數(shù)為4．98。
當閥門開度大于33％時，隨著閥門開度增大，阻力系
數(shù)減小比較緩慢；當閥門開度小于33％ 時，隨著閥門
開度減小，阻力系數(shù)增加較快。先導式安全閥種類較
多，文中僅對DN50先導式安全閥的局部阻力系數(shù)進
行實驗室測試，測試結(jié)果可供壓力輸水系統(tǒng)工程設計
及水錘防護措施研究參考。測試更多安全閥的阻力
系數(shù)，研究其變化規(guī)律，對長距離壓力輸水工程優(yōu)化
設計，確保工程安全運行起到促進作用。
參考文獻：
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分析．水利水電技術(shù)，2010，41(12)：35—37．
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37 —38．
[3] 史?。突ば袠I(yè)先導式泄壓閥的計算機輔助設計選
型系統(tǒng)研制：[學位論文]．蘭州：蘭州大學，2009．
[4] 陸培文．閥門設計入門與精通．北京：機械工業(yè)出版社，
2009．
[5] JB／T 5296 1 通用閥門流量系數(shù)和流阻系數(shù)的試驗
方法．
[6] GB 12242—89 安全閥性能試驗方法．
[7] 伍悅濱，曲世琳，張維佳，等．給水網(wǎng)中閥門阻力實驗研
究．哈爾濱工業(yè)大學學報，2003，35(11)：1311—1313．
[8] 郭緯東，裴國霞，韓會玲．水力學．北京：中國水利水電出
版社，2005．
[9] 余惠瓊，季全凱，符杰，等．一種新型止回閥的試驗研究．
西華大學學報，2007，26(2)：50—60．
作者簡介：張璐(1985一)，碩士研究生，研究方向為水資源系統(tǒng)
工程。

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