先導式泄壓閥水力瞬變的仿真

楊開林

（流域水循環模擬與調控國家重點實驗室，中國水利水電科學研究院，北京 100038）

1 研究背景

當泵站加壓管道輸水系統事故斷電或機組啟停時，在輸水管道中都會發生水擊現象，水壓突然急劇增加或下降，嚴重時會發生爆管事故［1］。在此情況下，可采用泄壓閥防止水擊破壞事故的發生。

泄壓閥或者超壓泄壓閥的發展歷史悠久，已經有很多相關的理論研究成果。早期的泄壓閥為彈簧式，閥瓣與閥座的密封靠彈簧的作用力，當水壓超過設定值時，泄壓閥克服彈簧力瞬時開啟放水泄壓，一旦水壓小于設定值時，泄壓閥在彈簧作用下瞬時關閉。Singh［2］和Krivosheev［3］建立了彈簧式泄壓閥的二階運動方程，以閥進口壓力作為激勵，分析了泄壓閥工作過程中的穩定性。由于彈簧式泄壓閥存在運行穩定性問題，且它的瞬時全關可能產生危險的閉閥水錘，目前正在被先導式泄壓閥代替。先導式泄壓閥由導閥和主閥組成，通過導閥的啟閉來控制主閥的啟閉，主閥具有快開慢關的功能，能夠迅速開啟防止水壓的大幅升高，緩慢關閉可防止自身關閥產生的水擊危害。導閥感應水壓的變化，反應靈敏，動作迅速，在設定壓力的1%的范圍內就能夠動作，主閥響應時間小于0.1 s［4-5］。楊開林［6］研究了先導活塞式泄壓閥的運動規律，考慮各方面因素，包括水壓力、運動部件的重力、彈簧力、活塞環摩阻力以及滲漏等，建立了描述主閥啟閉速度與時間關系的運動方程，提出了合理選擇活塞直徑與主閥瓣直徑以減小水壓變化對關閉過程影響的方法，進而解析得出主閥關閉速度、行程、關閉時間的計算公式及運動規律。……