缓闭式止回阀关闭时间分析方法

第6期2016年11月锅炉制造B0IIERMANUFACTURINGNo．6NOV．20l6缓闭式止回阀关闭时间分析方法宋一新，周强强，王勇。，张志超(1．哈电集团哈尔滨电站阀门有限公司，黑龙江哈尔滨150046；2．上海核工程研究设计院，上海200233)摘要：针对缓闭式止回阀的结构特点，提出了一种适用于缓闭止回阀在关闭时的数学模型，采用数值模拟的方法求解，为缓闭式止回阀关闭时间的计算提供了方法。关键词：止回阀；关闭时间；数值模拟中图分类号：THI37文献标识码：A文章编号：CN23—1249(2016)06—0058—02AnalysisMethodofCheckValvesTurn——ofTimeSongYixin，ZhouQiangqiang，WangYong，ZhangZhichao(1．HarbinPowerStationValveCo．，Ltd．，Harbin150046，China；2．ShanghaiNuclearEngineeringResearch&DesignInstitute，Shanghai200233，China)Abstract：Thearticleaimstoproposeamathematicalmodelforcheckvalvesturn—oftime，basedonstructuralfeaturesofcheckvalves，andtosolvewithnumericalmodelingtoprovideamethodtocalculatecheckvalvesturn—oftime．Keywords：checkvalves；turn—oftime；numericalmodeling1概述管道中的液体的运动状态突然发生改变时(例如阀门的突然关闭或开启，水泵的突然启动或停止，水轮机或液压油缸突然变化负载等)，由于流体的惯性，必然引起管内压强的剧烈波动，并在整个管道范围内传播，此种现象称为水锤现象。水锤现象引起的压力上升，轻微时只表现为噪声与振动，严重时会造成管道和管件的变形甚至破裂。水锤现象的发生，对管路系统十分有害，因此很多阀门厂家开发出来缓闭止回阀，延长阀门的关闭时间，削弱水锤压力的影响。本文从理论上分析阀门关闭时的力学模型，并用试验验证力学模型的正确性，从而为有缓闭结构的止回阀关闭时间的计算提供方法。2动态特性的数学描述2．1阀瓣受力平衡方程图l是一种含有阻尼结构的止回阀，阀门设收稿日期：2016—07—18作者简介：宋一新，工作干哈电集团哈尔滨电站阀门有限公司。有平衡管连接支管与中腔，在介质倒流关闭时，阀瓣受力如图1所示。图1阀门关闭时受力图根据阀门阀瓣受力分析，建立受力平衡方程：F()一(P+△Pd)Al+(P一△P)A，，、=m童+C+F，l式中：F()：流动介质对阀瓣的推力，N；：介质工作压力，Pa；AP：阻尼腔升压值，Pa；第6期宋一新，等：缓闭式止叫阀父闭时问分析方法·59·AP活塞上腔压力变化值，Pa；／l：阻尼腔内介质对活塞的有效面积，Ill；A介质对活塞的有效面积，111；m：阀瓣质量，kg；：阀瓣运动距离，n1；C：介质阻尼，N·s／m；阀体与阀瓣问的摩擦力，N。2．2阻尼腔流量连续方程Pd：A．一Q(2)p式巾：：阻尼腔容积，m3；：介质弹性模量，Pa；Q：缝隙流量，kg／s；2．3缝隙流量方程Q=rrdh3．+童(3)式巾：d：阀杆直径，Ill；h：缓冲缝隙，m；r／：动力黏度，N·s／m。；f：缝隙长度，m；Q内漏量，kg／s；2．4数学模型联立方程(1)、(2)、(3)，建立阀门在关闭过程巾的动态特性数学模型，由于v／[3非常小，则认为介质不可压缩，则，mx=F()+P(A一41)一。一譬()A一(4)3仿真分析采用将试验工况代人阀门在关闭过程中的动态特性数学模型的方法，验证公式④的正确性，从而说明分析方法的合理性。3．1试验系统压J表压力表3．2试验测试方案匾凰匿匮图3系统测试原理图图2试验测试系统示意图在止阀试验台_【，在管道中分别布置流量传感器和两个压力传感器，并在阀门本体上加装位移传感器。压力传感器、流量传感器和位移传感器均属于变送器，输}fJ4～20mA电流信号，所以在系统测试巾，采用250Q精密电阻，将电流信号转换成电压信号进行采样。f}1于试验现场环境复杂，干扰因素多，所以采用精密电阻，其温漂小、精度高，稳定性好，比较适合试验环境。整个试验过程综合布线，保证传感器的拆装方便。数据采集系统布置在现场，通过以太网连接至主控室计算机，便于观察和控制。3．3试验结果处理将试验采集到的位移、流量和阀前压力结果进行处理，去除掉由于3个传感器由于距离、精度不同等物理因素产生的采集结果不同步的影响，将处理后的结果输入到ANSYSCFX巾求取流动介质对阀瓣