專利名稱：多噴孔套筒式調(diào)流閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域 本實用新型涉及一種多噴孔套筒式調(diào)流閥，是用于一種輸水工程的閥門設(shè)備。

背景技術(shù)：
多噴孔套簡式調(diào)流閥的誕生已經(jīng)有40年的歷史(Miller，1969；Burgi，1977)，目前在輸水工程中獲得廣泛應(yīng)用。多噴孔套簡式調(diào)流閥有如下優(yōu)點①可以在高壓差環(huán)境下，長期無氣蝕運行；②可以全程(由全開到全關(guān))調(diào)流調(diào)壓，調(diào)流精度高，一般為過流量的±0.5％；③無危害性噪音和振動，用于清水時，可以長期無故障運行，使用壽命長達30-50年；④可以采用電力、液壓等多種方式驅(qū)動。既可以現(xiàn)場操作，也可以遠方控制；⑤消能、減壓范圍廣，能適應(yīng)上游水頭的不斷變化?，F(xiàn)有多噴孔套筒式調(diào)流閥的套筒上的噴孔是均勻分布，并且所有噴孔的直徑相同。這種噴孔均勻分布并且噴孔直徑相同的套筒式調(diào)流閥的無量綱閥門流量系數(shù)τ和開度y特性曲線是線性的，或者上凸的。最新的研究表明，對中高水頭、長距離、大流量管道輸水工程，現(xiàn)有調(diào)流閥特性的設(shè)計存在水擊過程控制困難的問題，其原因是在大開度時，流量隨開度y的減小改變不大，使得流量的改變集中在小開度，導(dǎo)致水擊壓力過大，或者關(guān)閉時間太長而無法實施。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)問題，本實用新型提出一種多噴孔套筒式調(diào)流閥，所述的閥門根據(jù)這樣一種設(shè)計方法，該設(shè)計方法有意識的修改無量綱閥門流量系數(shù)τ和開度y特性曲線，將該特性曲線向下凹，形成理想調(diào)流閥，其特性是使流量隨開度y線性變化，這時關(guān)閉閥門時的水壓與關(guān)閉時間成正比，在相同的線性關(guān)閉時間，調(diào)流閥引起的水擊壓力升高最小。具體設(shè)計的套筒式調(diào)流閥的套筒上的孔設(shè)計為套筒上部的孔較大，套筒下部的孔較小。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種多噴孔套筒式調(diào)流閥，包括設(shè)有出水口的閥體，所述的閥體的中部安裝有閥座，所述的閥座上安裝有帶多個噴孔的圓筒式內(nèi)閘，內(nèi)閘的上部連接閥套筒，所述的閥套筒連接進水口，所述閥套筒上還安裝有傳動和動力裝置，所述的圓筒式內(nèi)閘的噴孔直徑隨位置的變化而不同，圓筒式內(nèi)閘上半部的噴孔直徑較大，下半部的噴孔直徑較小。
本實用新型產(chǎn)生的有益效果是通過將無量綱閥門流量系數(shù)τ和開度y特性曲線，將該特性曲線向下凹，形成理想調(diào)流閥。具體設(shè)計調(diào)流閥時可以簡單的通過調(diào)整調(diào)流閥圓筒式內(nèi)閘的標稱直徑、圓筒式內(nèi)閘上的噴孔的分布和大小實現(xiàn)，對于應(yīng)用現(xiàn)有工藝進行調(diào)流閥的制造不增加太多的困難。在實際生產(chǎn)中僅僅改變圓筒式內(nèi)閘上上下噴孔的直徑即可達到目的。本實用新型所述的調(diào)流閥適應(yīng)長距離、大流量管道輸水系統(tǒng)的水擊控制，效果明顯。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。



圖1是輸水工程示意圖； 圖2是傳統(tǒng)的調(diào)流閥的無量綱閥門流量系數(shù)τ和開度y特性曲線； 圖3是本實用新型實施例一所述的方法設(shè)計的理想調(diào)流閥的無量綱閥門流量系數(shù)τ和開度y特性曲線； 圖4是本實用新型實施例二所述的調(diào)流閥的無量綱閥門流量系數(shù)τ和開度y特性曲線； 圖5是本實用新型實施例二所述的調(diào)流閥結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例一 輸水工程的水位和調(diào)流閥的位置如
圖1所示。其中Z1和Z2分別為調(diào)流閥1的上游水位和調(diào)流閥的下游水位。調(diào)流閥進出口水頭損失可描述為 式中ΔH-調(diào)流閥的水頭損失；V-通過調(diào)流閥的水流流速，ζ-閥門阻力系數(shù)，g-重力加速度。
式(1)可以改寫為 式中ΔHr-調(diào)流閥全開，即y＝1.0時的調(diào)流閥的水頭損失，其中下標r表示調(diào)流閥全開；q＝Q/Qr；無量綱閥門流量系數(shù)。
調(diào)流閥廠家常常提供ζ-y離散數(shù)據(jù)代表調(diào)流閥特性，或采用式(2)關(guān)系可得圖2所示無量綱閥門流量系數(shù)τ與閥門開度系數(shù)y的關(guān)系曲線。
從圖2可見，傳統(tǒng)的無量綱閥門流量系數(shù)τ和閥門開度系數(shù)y特性曲線是線性的，或者上凸的，這有利于在閥門的整個行程內(nèi)允許精確的流量控制，但是不利于長管道的水擊控制。
本實施例是一種多噴孔套筒式調(diào)流閥的設(shè)計方法。本實施例通過把無量綱流量系數(shù)τ與閥門開度系數(shù)y和管路特性結(jié)合起來，獲得理想調(diào)節(jié)閥τ與y的計算公式，然后根據(jù)實際情況需要，設(shè)計適應(yīng)水擊控制的多噴孔套簡式調(diào)流閥。
為了實現(xiàn)上述目標，首先建立分析模型 閥門的水頭損失可描述為 式中ΔH-調(diào)流閥水頭損失，Q-調(diào)流閥流量，A-調(diào)流閥截面積，ζ-閥門阻力系數(shù)，g-重力加速度。
式(3)可以改寫為 式中ΔHr-調(diào)流閥全開，即y＝1.0時，即閥門全開時的調(diào)流閥的水頭損失，其中下標r表示調(diào)流閥全開；q＝Q/Qr；無量綱流量系數(shù)。
如
圖1所示，管道上游水池與下游水庫的伯努利能量方程為 z1＝z2+ΔH+SQ2(5) 式中Z1-上游水池水面高程；Z2-下游水池水面高程；S-管道阻抗系數(shù)。式(5)右邊第三項表示管路水頭損失。
將式(4)代入式(5)得 式中Δz＝z1-z2。
由于閥門全開時τ＝1和Q＝Qr，從式(6)可得 若流量Q隨閥門開度y線性變化時，即 Q＝Qry(8) 這時調(diào)流閥將具有最好的水力性能，滿足這一條件的調(diào)流閥就稱為理想調(diào)流閥。
將式(7)和式(8)關(guān)系代入式(6)可得 整理得 式(9)就是理想調(diào)流閥τ與y的關(guān)系。換句話說，只要滿足式(9)條件，流量就隨閥門開度線性變化。圖3示出了理想調(diào)流閥無量綱流量系數(shù)τ與閥門開度y的關(guān)系曲線。顯然，理想調(diào)流閥特性曲線是下凹型。
由可得 式(10)就是理想調(diào)流閥的閥門阻力系數(shù)ζ與y的關(guān)系。
根據(jù)這一理論，本實施例對調(diào)節(jié)閥的設(shè)計提出的設(shè)計方法的步驟如下 計算水頭損失的步驟用于根據(jù)給定條件調(diào)流閥設(shè)計流量Qr，上下游水池水面設(shè)計高程差ΔZ，管道設(shè)計阻抗系數(shù)S通過公式 ΔHr＝ΔZ-SQr2 計算調(diào)流閥全開時的水頭損失ΔHr。
計算調(diào)流閥的圓筒式內(nèi)閘截面積的步驟用于選擇調(diào)流閥的圓筒式內(nèi)閘標稱直徑D，并通過圓筒式內(nèi)閘標稱直徑D計算圓筒式內(nèi)閘截面積A。
計算阻力系數(shù)的步驟用于通過調(diào)流閥設(shè)計流量Qr、調(diào)流閥全開時的水頭損失ΔHr、圓筒式內(nèi)閘截面積A和公式 計算調(diào)流閥全開時的閥門阻力系數(shù)ζr。
計算調(diào)節(jié)閥的無量剛流量系數(shù)τ與調(diào)節(jié)閥的閥門開度系數(shù)y之間對應(yīng)關(guān)系并計算確定圓筒式內(nèi)閘上的噴孔參數(shù)的步驟用于建立無量剛流量系數(shù)τ和閥門開度系數(shù)y對應(yīng)關(guān)系或近似對應(yīng)關(guān)系曲線，并根據(jù)所述關(guān)系曲線計算確定圓筒式內(nèi)閘上的噴孔的大小及噴孔沿周向和軸向的分布參數(shù)。
根據(jù)調(diào)節(jié)閥的無量剛流量系數(shù)τ與調(diào)節(jié)閥的閥門開度系數(shù)y之間對應(yīng)關(guān)系計算確定圓筒式內(nèi)閘上的噴孔參數(shù)的方式，可以按照理想的方法即通過公式(10)確定 將y在0和1之間的一系列值帶入公式(10)中計算對應(yīng)的一系列ζ值。0和1之間選定數(shù)值的多少由要求的精度決定，精度要求高則選擇較多的數(shù)值，反之則少。例如以十分之一為間隔選取數(shù)值則是0.1、0.2......，或更精確的使用百分之一間隔，或者粗糙一些使用五分之一間隔等等。然后通過公式計算得到τ的值最終得到y(tǒng)與τ之間的關(guān)系曲線。再根據(jù)這個關(guān)系曲線獲得計算確定圓筒式內(nèi)閘上的噴孔大小及沿周向和軸向的分布規(guī)律。根據(jù)y與τ之間的關(guān)系曲線計算圓筒式內(nèi)閘上的噴孔大小及沿周向和軸向的分布是一種通常的計算方法，可以在許多文獻中找到(Burgi，P.H.“Hydraulic Tests andDevelopment of Multijet Sleeve Valves?！盉ur.Reclam.Rep.RECERC77-14.Div ofGen Res.December 1977.)。
制造理想調(diào)流閥技術(shù)上可以做到，但可能使得調(diào)流閥標稱直徑D過大，調(diào)流閥造價過高。在這種情況下，采用下述設(shè)計方法在0與1之間選取1至3個y的值，通過公式(9)計算得到對應(yīng)的τ值，根據(jù)這幾個τ值做出一條近似于理想y與τ之間的關(guān)系曲線的折線型y與τ關(guān)系曲線，再通過這個折線型y與τ關(guān)系曲線，計算確定閥體上噴孔的大小及沿周向和軸向的分布規(guī)律。(有專用軟件)。選擇點的多少由精度決定，如果選擇一個點，如y＝0.5則得到一條兩段的折線，如圖4所示，如果選擇兩個點，就是一條三折線，如此等等。
實施例二 一種根據(jù)上述實施例所述方法設(shè)計的多噴孔套筒式調(diào)流閥，如圖5所示。本實施例包括設(shè)有出水口的閥體6，閥體的中部安裝有閥座7，閥座上安裝有帶多個噴孔的圓筒式內(nèi)閘8，內(nèi)閘的上部連接閥套筒4，閥套筒連接進水口2，閥套筒上還安裝有傳動和動力裝置3，圓筒式內(nèi)閘的噴孔直徑隨其在圓筒式內(nèi)閘上位置的變化而不同，圓筒式內(nèi)閘上半部的噴孔直徑較大，下半部的噴孔直徑較小。
本實施例所采用的是一種兩折線的無量剛流量系數(shù)τ與調(diào)節(jié)閥的閥門開度系數(shù)y之間關(guān)系曲線的設(shè)計方式設(shè)計的調(diào)流閥。所謂圓筒式內(nèi)閘上半部的噴孔直徑較大，下半部的噴孔直徑較小指的是在圓筒式內(nèi)閘的上半部與下半部的噴孔的直徑不同，上半部的噴孔較大，下半部的噴孔較小。這樣在調(diào)流閥開啟過程的初期階段水只能從較小的噴孔中噴出，這時由于開啟的噴孔較少，單個噴孔水的壓力較大，噴孔的直徑雖然較小，但流量并不小。當圓筒式內(nèi)閘開啟過程的后期階段，大部分的噴孔已經(jīng)排水，單個噴孔的水壓降低，這時使用大的噴孔可以加大流量。按照理想的狀態(tài)，圓筒式內(nèi)閘是由下往上開啟的話，分布在圓筒式內(nèi)閘上的噴孔直徑應(yīng)該由下往上逐漸加大。反之，如果圓筒式內(nèi)閘是由上往下開啟的話，分布在圓筒式內(nèi)閘上的噴孔直徑應(yīng)該由上往下逐漸加大?？傊乳_啟的噴孔應(yīng)當較小，后開啟的噴孔應(yīng)當較大。但在實際調(diào)流閥的制造過程中，太多直徑的噴孔加工起來過于繁復(fù)，對制造工藝工程不利。僅僅改變圓筒式內(nèi)閘上半部和下半部的噴孔直徑已經(jīng)足以達到良好的效果，因此不必過多的改變圓筒式內(nèi)閘上噴孔的直徑。
最后應(yīng)說明的是，以上僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案(比如公式的變換、τ與y之間關(guān)系曲線的其他下凹方式進行等)進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種多噴孔套筒式調(diào)流閥，包括設(shè)有出水口的閥體，所述的閥體的中部安裝有閥座，所述的閥座上安裝有帶多個噴孔的圓筒式內(nèi)閘，內(nèi)閘的上部連接閥套筒，所述的閥套筒連接進水口，所述閥套筒上還安裝有傳動和動力裝置，其特征在于，所述的圓筒式內(nèi)閘的噴孔直徑隨位置的變化而不同，圓筒式內(nèi)閘上半部的噴孔直徑較大，下半部的噴孔直徑較小。
專利摘要本實用新型涉及一種套筒式調(diào)流閥，是用于一種輸水工程的閥門設(shè)備。包括設(shè)有出水口的閥體，所述的閥體的中部安裝有閥座，所述的閥座上安裝有帶多個噴孔的圓筒式內(nèi)閘，內(nèi)閘的上部連接閥套筒，所述的閥套筒連接進水口，所述閥套筒上還安裝有傳動和動力裝置，所述的圓筒式內(nèi)閘的噴孔直徑隨位置的變化而不同，圓筒式內(nèi)閘上半部的噴孔直徑較大，下半部的噴孔直徑較小。通過將無量綱閥門流量系數(shù)τ和開度y特性曲線，將該特性曲線向下凹，形成理想調(diào)流閥。在實際生產(chǎn)中僅僅改變圓筒式內(nèi)閘上上下噴孔的直徑即可達到目的。本實用新型所述的調(diào)流閥適應(yīng)長距離、大流量管道輸水系統(tǒng)的水擊控制，效果明顯。
文檔編號F16K3/30GK201561145SQ20092027768
公開日2010年8月25日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者楊開林 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院