标题水力检修调节阀阀瓣形线设计

1 概述

    某大型电站建站时需求水力检修调节阀，其设计流量3000m³/h。最大流量4500m³/h，阀门管径φ800mm，阀门公称压力1.6MPa，正常工作时最高压力0.3MPa。阀门分两阶段连续关闭，前段关闭80%，时间5min，后段关闭20%，时间8min。关闭阻力曲线为线性，阀门关闭时间不应因压力及流量的变化而变化，并且有超压自动锁闭装置，防止产生较大水锤波。地表水最大含砂量20kg/m³。介质温度0~35℃，最小调节流量300m³/h， 阀门操作压力0.1MPa。阀门必须缓开。反向水压（背压）0.6MPa。阀门关闭限位装置和开度标志要求准确明显，保证关闭指示与实际阀瓣位置一致，具有手动螺杆辅助开关主阀装置， 阀门整体运行应平稳。操作灵活、准确及无异常振动等现象，止水性能好。最大行程300mm。经过分析。该阀门为特殊调节阀，流量特性设计为线性。

    2 阀瓣形线设计

    调节阀阀瓣设计都是基于流量试验基础上结合近似计算或图解法进行的，尚不能得到精确的理论计算方法。普通调节阀系列产品的阀瓣形线设计在大量流量实验基础上已经定形，作为特殊调节阀阀瓣形线设计，可引入阀瓣叠加系数β和阀体阻力系数ξ，得到阀瓣形线计算公式。

        （1）

    式中   K－－流量系数

    R－－阀座半径，m
    r－－阀瓣半径，m
    ξ_内－－阀体的阻力系数
    β－－阀瓣的叠加系数
    g－－重力加速度，m/s²
    Q－－流体体积流量，m³/s

    直线流量特性是指调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，其内特性方程为

    式中R′－－调节阀调节范围，m
    l－－阀瓣开启高度，m
    L－－阀瓣全开启高度，m

    由此，可得直线流量特性调节阀阀体阻力系数

        （2）

    式中ξ_max－－阀全开时阀体阻力系数

    将ξ和取定的β值代入式（1），得到直线流量特性调节阀阀瓣母线方程

    Y=r_max-r    （3）

    式中r_max－－阀瓣半径（l=0），m

    该方程可以指导工程技术人员设计阀瓣形线。将水力检修调节阀技术要求中的参数代入阀瓣形线计算式（I），并注意ξ和β的取值，得到水力检修调节阀阀瓣形线曲线（图1）。

    3 流量曲线

    由流过调节阀的压差

    推导可得

    式中    A－－流通面积，m²
    ρ－－流体密度，kg/m³

    将式（4）代入直线流量特性调节阀的内特性方程，可得

        （5）

    式（5）为直线流量调节阀动态参数计算公式.得到水力检修调节阀流量曲线（图2）。

    4 结语

    随着现代化工厂自动化程度的提高。自动控制系统中的调节阀越来越多。而机组容量的增大，要求大口径大流量的特殊调节阀。采用调节阀阀瓣形线计算公式替代反复试验才能得到阀瓣形线的传统设计方法，为特殊调节阀阀瓣形线设计提供了理论基础。缩短了设计周期。同时，可为用户提供精确的流量曲线。更好地进行自动控制系统的设计。