液控缓闭蝶阀流阻特性试验研究.docx

液控缓闭蝶阀流阻特性试验研究徐明阳(甘肃省兰州阀门厂 兰州龚力群(甘肃省科学院 兰州 730000)730046)李效龙(甘肃省景泰电力提灌管理局 景泰 730400)【摘要】 在液控缓闭蝶阀尚无完整统一试验标准可循情况下, 依靠科研院校的技术和设备, 对大口径蝶阀流阻特性进行现场测试, 依据结果并结合水泵机组失电过渡机 理分析, 证明所设计和生产的液控缓闭蝶阀按预调角度和速度实现快慢两阶段关闭,能有效地控制水锤升压, 防止水泵事故倒转, 能满足大流量、高扬程、长管道、阶梯式灌溉工程所需。【关键词】【分类号】蝶阀流阻特性试验t h 137152蝶 阀 特 性 是 正 确 选 择 蝶 阀 的 一 个 重 要 技 术 指标, 蝶阀流阻则是衡量其特性的主要参数, 它取决于 设计产品的结构形状、流体介质和蝶阀相对开度下 水击压强的大小1。 蝶阀性能除检验外部质量, 密封性能外, 设计结构元件几何要素的合理与否, 关闭速 度能否满足工程所需, 需要通过试验才能确定。甘肃 工业大学水机教研室依照甘肃省水电设计院提供的hd 741x - 6dn 1200 液控蝶阀现场测试内容, 1987年 11 月 对 兰 州 阀 门 厂 生 产 的 hd 741x - 6dn 1200液控缓闭蝶阀在甘肃景电提灌二期工程总干一泵站3 号机组出水管道就其动水情况下液控缓闭蝶阀启 闭特性和事故失电过渡过程有关参数进行测定, 现 就试验结果作一叙述。1 液控缓闭蝶阀流阻特性曲线的测定1. 1试验方法在水泵正常运行后, 每隔 5逐渐关闭蝶阀, 同时 测定每一关闭角度时的流量, 蝶阀前后压力差及阀 体振动等参数, 进而计算每一开度下的流阻系数, 并图 1hd 741x - 6 dn 1200 液控蝶阀流阻特性曲线绘制流阻特性曲线如图 1。 蝶阀各开度下流阻系数值见表 1 所示。收稿日期: 1997- 02- 0238甘 肃 科 学 学 报1997 年 第 4 期表 1dn 1200 液控蝶阀各开度下流阻系数值hd 741x -6压力差流量开度0转速rad直管损失m流速2gh j流阻系数阀体双 振动序号振幅mm频率h z流量m 3/s示波图值 水柱压力示波图值 换算为水m /s(m /s) 2柱压力 k p ammk p amm105960. 31. 680. 02587. 9124. 5443. 7733. 3362. 3130. 2570. 2910255960. 42. 230. 02486. 0121. 8523. 7323. 3003. 9980. 3670. 29103105960. 84. 470. 02587. 0123. 2693. 7543. 3198. 4480. 7670. 25104155961. 206. 710. 02587. 0123. 2693. 7543. 31912. 9361. 1740. 23105205961. 8010. 070. 02587. 5123. 9773. 7653. 32919. 6591. 7740. 23106255963. 3018. 470. 02588. 2124. 9693. 7803. 34236. 4563. 2630. 23107305965. 0027. 990. 02586. 8122. 9853. 7503. 31655. 4885. 0460. 23108355967. 3040. 870. 02586. 0121. 8523. 7323. 30081. 2427. 4610. 191994059610. 5058. 80. 02586. 0121. 8523. 7323. 300117. 11010. 7550. 2311104559615. 0083. 970. 02587. 2123. 5523. 7583. 323167. 44315. 1660. 2913115059624. 30136. 020. 02586. 9123. 1273. 7523. 317271. 55824. 6830. 2911125559639. 00218. 310. 02586. 6122. 7023. 7453. 311436. 13939. 7760. 3215136059663. 60356. 010. 02380. 0113. 3513. 6003. 183711. 57870. 2311. 3315146559682. 00458. 930. 01769. 097. 7653. 3422. 956917. 535118. 7751. 8415157059699. 50556. 930. 01346. 065. 1762. 7302. 4141113. 613191. 1139. 50101675596108. 00604. 460. 01036. 051. 9882. 4152. 1351208. 732265. 07324. 10101780596119. 00666. 730. 00827. 038. 2562. 0911. 8491333. 310390. 08530. 40101885596128. 00714. 710. 00310. 014. 1691. 2731. 1261429. 3691276. 221. 71101990596130. 50728. 710. 0027. 09. 9181. 0650. 9421457. 3781858. 901. 6210备注hf 2h j = hw -112流阻系数测定试验在蝶阀前后直管段, 分别装测压环 管和孔板流量计, 经稳压筒稳压后分别 接标准压力表和水银差压计, 同时将压 力信号引入差压变送器并将差压信号转换为电信号送 sc - 18 型光线示波 器进行记录, 用事先标好的活塞压力计比例尺计算压差值及流量。 蝶阀流阻 系数测定试验装置示意图见图 2 所示。113流阻系数计算图 2液控蝶阀流阻系数测定试验装置示意图根据实测记录示波图, 分别算出流量 q , 蝶阀前后测压环管之间的水头损失 h w 及直管沿39徐明阳等: 液控缓闭蝶阀流阻特性试验研究2g h j程损失水头 h f , 最终求出流阻系数 。=v 24q式中 v 为相应阀门开度下管道平均流速 v =d 2(m 3 /s) , h 为流量计压差水头, 单位: p a; h j 为水流通式中 q = 01033 472 h /918过阀门的局部水头损失 h j = hw - h fv 2l 式中 h f =其中 为钢质直管摩擦阻力系数, l为测压环管到阀门法兰之间的距d2g离, d为管路直径。2 蝶阀事故失电过渡过程的测定211试验方法按正常上水方式将蝶阀装于 3 号机组, 在蝶阀出水口装测压环管测水锤压力, 在水泵正常 工作中, 突然断电, 用示波器记录断电后蝶阀自动关闭过程中水锤压力, 水泵转速, 阀体振动等 参数的变化。蝶阀事故断电过渡过程试验装置示意图如图 3 所示。212事故断电过渡过程水锤压力的测定 在蝶阀出水口装测压环管, 其压力信 号经稳压筒稳压后接标准压力表, 由差压 变送器将压力信号送示波器进行记录, 最 后以事先标定好的比例尺在示波图上读 取每一时刻的水锤压力变化值。断电信号 由主电机控制柜中电流表接线柱引出电流信号接示波器振子, 当电机断电, 振子图 3 液控蝶阀事故断电过渡过程试验装置示意图停振, 信号消失。 事故断电过渡过程共进行 6 次试验, 实测记录汇总见表 2。表 2hd 741x - 6 dn 1200 液控蝶阀事故断电汇总表快关角度0快关时间s慢关时间s最大水锤压力m p a出现最大水锤压力时间 s最大双振幅值mm水泵最大倒转转速 r/m in序 号1234570707070753. 44. 24. 63. 03. 513. 013. 516. 019. 612. 50. 6360. 7180. 7300. 6460. 7365. 65. 96. 05. 55. 10. 270. 340. 330. 360. 29- 30- 60- 120- 160- 36673. 513. 20. 6105. 80. 40- 60213蝶阀密封性能的测定在事故断电测试系统中, 关闭进水口闸阀, 当出水口蝶阀全关后, 在出水管道充满水的状40甘 肃 科 学 学 报1997 年 第 4 期态下, 打开泵盖顶端放气阀观察, 如果没有水流出, 说明蝶阀密封性能良好。蝶阀失电关闭过渡过程分析水泵机组事故断电后的水力与机械过渡过程是指有压管道流速与压力的变化和机组转速 与转矩的变化, 从蝶阀试验现场情况分析, 蝶阀采用快慢关闭程序符合水泵机组断电后的水力 与机械过渡机理。 初始阶段, 水泵工况区, 由于机组失电后转速的降低, 流量的减小, 进口管道 流速变化引起的增压逆波和反射回来的降压顺波在传播过程中因蝶阀未完全关闭, 故形成的3v 2水体膨胀水击压强并不明显3, 此时过阀的流阻系数也较小, 根据 h = 此阶段蝶阀关闭j2g不会产生大的压降; 随着蝶阀的逐渐关闭, 其流阻系数大致以指数函数递增, 尽管此时蝶阀已关闭较大角度 ( 约 70左右) , 过阀介质流速递减更快, 但此时逆流速尚未形成, 其阀后压降仍 然较小, 可见在该工况区用较快速度关闭蝶阀并不会形成阀后压差的显著变化, 仅能快速截断部分水流而延长水泵惯性能的消耗, 为避免或减小水泵逆转提供有利条件; 随着蝶阀的继续关闭, 水泵机组进入制动工况区, 此时蝶阀流阻系数迅速增加, 管道逆流速也不断变大, 蝶阀水头 损失已经很大, 加之上游反射逆行波的水击压强, 势必形成较大的水锤升压, 这是管道设计所 不允许的。 所以要控制阀后压力升值, 蝶阀应缓慢关闭, 而这种缓慢关闭是建立在前一时间内快关基础上, 蝶阀对逆流已有较大阻力, 真正作用在水泵叶轮上的压力甚低, 不会使阀前水泵 产生超速逆转。 试验证明正确分析和确定两阶段关闭程序, 选择恰当的关闭速度和角度, 是消 除水击和防止逆转的关键。结论4( 1) 大流量、长管道、高扬程的电力提灌工程选用液控缓闭蝶阀是合理的, 也是安全可靠的。 现场试验证明, 采用两阶段关闭程序, 蝶阀能在事故断电后使水泵逆转转速和水锤升压控 制在最佳状态。该阀在快关 70, 历时 314 s, 慢关 13 s 时情况最好。此时阀体振动最小, 其最大 双振幅值为 0127 mm , 水泵最大逆转转速为 30 r/m in , 等于水泵额定转速的 5% , 最大水锤压 力为 01636 m p a, 相当于正常压力的 1122 倍, 最大水锤压力发生在断电后 516 s 时, 零转速发 生在断电后 519 s 时, 断电后蝶阀关闭动作延迟约 013 s。 当快关 75, 历时 315 s, 慢关 1215 s 时, 水 锤 压 力 最 大 为 01736 m p a, 是 正 常 压 力 的 1142 倍, 但 此 时 水 泵 逆 转 转 速 最 低, 只 有3 r/m in。当快关 70, 历时 3 s, 慢关 1916 s 时, 水泵逆转转速最大为 160 r/m in , 为额定转速的26% 。( 2) 该 阀 试 验 其 密 封 和 启 闭 性 能 良 好, 流 阻 系 数 明 显 降 低, 蝶 阀 全 开 时, 流 阻 系 数 为01257, 比 jb /tq 416 - 89 蝶阀产品质量分等标准规定的同规格蝶阀优等品的流阻系数小01073, 节能效果显著。参 考 文 献1 杨源泉. 阀门设计手册. 北京: 机械工业出版社, 1992, 26 322 钟声玉, 王克光. 流体力学和热工理论基础. 北京: 机械工业出版社, 1980, ( 1) : 69 873 华东水利学院. 水力学. 北京: 科学出版社, 1979, ( 1) : 155 16241徐明阳等: 液控缓闭蝶阀流阻特性试验研究exper im ental resea rch o n flow res ista nce cha racter o fthe hyd ra ul ic co ntrol buffer butterfly val vex u m in gyan g(l anz h ou v a lv e p lan t, l anz h ougo n g l iqu n730046 c h ina )(g ansu a cad em y of s c iences, l anz h ou 730000 c h ina )l i x iao lo n g(j ing ta i e lec t r ic p ow e r i r r ig a t ion b u reau , g ansu 730400 c h ina )a bstract w ith no u n if ied exp e r im en ta l stan da rd s fo r th e h yd rau lic co n t ro l b u ffe r b u t te r2f ly va lve, w e te sted th e f low re sistan ce o f th e va lve b y re ly in g o n th e tech no lo gy an d in st ru2 m en t s o f u n ive r sit ie s an d re sea rch in st itu te s. a cco rd in g to th e re su lt s an d th e an a ly sis o f th e m ech an ism o f p um p an d va lve w itho u t e lec t r ic ity, w e p ro ved th a t th e va lve co u