大型灌溉管网减压阀特性数模分析与试验研究

作者:于贤磊;陈松山;杨夏威;周明耀; 刊名:排灌机械工程学报 上传者:王培涛

【摘要】为了探求大型灌溉管网中适用性更强的减压阀型式,提出了一种新型减压阀结构设计方案,阐述了其结构组成和工作原理.运用Gambit和CFX软件建立了阀瓣在5个开度工况下整体结构的三维模型,对阀体进行了数值模拟,分析得到了阀体的静态特性.探明了不同进口流量条件下,减压阀进出口压差变化规律和阀瓣所受驱动力变化规律,同时分析了阀体及特殊截面的压强和速度分布云图.通过模型试验测得阀瓣开度分别固定在1.0,1.6,2.4 cm时,不同进口流量条件下进出口压差值,结果表明:试验与数模结果偏差在2.8%~7.9%,数值模拟和物理模型试验结果证明结构改进设计方案是合理的.为减压阀阀体结构设计提供了理论指导,并为今后同类产品开发提供了参考依据.

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于贤磊,陈松山,杨夏威,等.大型灌溉管网减压阀特性数模分析与试验研究[J].排灌机械工程学报,2018,36(9):824-829.YU Xianlei,CHEN Songshan,YANG Xiawei,et al.Numerical and experimental study on characteristics of pressure relief valve inlarge irrigation pipe network[J].Journal of drainage and irrigation machinery engineering(JDIME),2018,36(9):824-829.(in Chinese)网络出版地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1814.TH.20180713.1337.014.html随着高效节水灌溉工程技术的发展,低压管道输水灌溉工程技术得到大面积推广应用.在大型灌溉管网建设中由于缺乏适用、可靠的减压阀,暴露出管道爆裂、漏水、甚至系统瘫痪的现象.影响了管网系统的安全运行、降低了农业用水效率、阻碍了高效节水灌溉农业的发展,对减压阀在大规模灌溉管网工程中的适用性提出了更高的要求.半个多世纪以来国内外学者一直在不间断地进行减压阀相关研究.起初,为了研究减压阀的启闭和流量特性以及压力损失,许多学者对减压阀进行了试验研究.如FESTER等[1]通过试验探究了减压阀系统的压力损失系数与雷诺数之间的关系.然而试验所耗成本较高,复杂工况条件下试验测试难度大.因此,部分学者开始采用理论模拟方法,即通过描述阀芯位移与流量、压力的关系来研究减压阀系统的动态变化过程[2-3].但模拟方法需进行简化和假设,虽然求解规律性问题和流场变化趋势比较简单,但对于流场变化过程复杂的和介质非线性流动问题,方程求解困难.随着计算流体动力学软件模拟水平的迅猛发展,其已成为工程研究不可或缺的手段,国内外很多学者运用数值模拟方法,对减压阀渗漏及压力损失[4]、振动噪声[5-6]、相关特性[7-8]和结构参数优化及对性能的影响[9]等方面进行了大量研究.为了探求大型灌溉管网中适用性更强的减压阀型式,文中采用数值模拟与试验相结合的方法,设计一种新型减压阀,研究该减压阀的基本特性,为该类阀门的进一步开发和推广应用提供依据.1减压阀结构设计1.1结构组成在管道输水灌溉工程中,减压阀是必不可少的安全保护装置.目前比较常用的减压阀为先导活塞式减压阀,该类减压阀利用设定导阀弹簧压力和调节针形阀开度设定出口压力,并通过连接管系统和控制室的反馈作用稳定出口压力.在大型灌溉管网中,由于系统压力、流量较大,并且水质较差,伴有杂草、泥沙等杂质,对于减压阀的防堵塞能力要求较高.该类减压阀在应用过程中由于针形阀尺寸较小,导阀容易被缠绕、堵塞.为了解决上述问题,文中对YX741型减压阀进行导阀结构改进设计如图1所示.将导阀阀瓣设计成椭球形,在导阀上腔和导阀中腔之间设置了和导阀同直径的导向套,保证导阀阀板所受压力仅随减压阀出口压力的变化而变化,增加了冲洗功能,在非工作状态,可将阀瓣上缠绕的杂草冲洗并排出阀体.图1设计结构图Fig.1 Structure design drawings1.2工作原理开启主阀连接管以及支管Ⅲ、支管Ⅳ上的阀门,关闭支管Ⅰ、排污管上的阀门;调节主阀调节旋钮,使主阀弹簧弹力与主阀上腔压力和主阀瓣自重平衡,主阀瓣开启,水流从进口流入出口,调节导阀调节旋钮,改变导阀弹簧弹力,使导阀阀瓣处于平衡状态并且开启,测得出口压力值

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