[發明專利]大進氣條件下真空破壞閥的模型計算方法

有效

• 申請號: 201910506787.1
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110377949B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 張健;張小瑩;范呈昱;俞曉東;陳勝;陳旭云;倪尉翔
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;F16K17/00;F16L55/045
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發明屬于水錘防護技術領域，為虹吸式出水流道提供較大進氣條件下真空破壞閥的模型計算方法。以負壓條件下工作的虹吸式出口管道上布置的真空破壞閥為研究對象，將空氣閥模型假定做了適當修改，推導出適用于較大進氣條件的真空破壞閥模型。將推導出的真空破壞閥數學模型與特征線方程和連續方程等基本方程聯立求解得到真空破壞閥處壓力的計算公式。本發明提出的真空破壞閥數學模型及計算公式可以更好地模擬虹吸式出水流道上真空破壞閥的實際進、排氣特性，實現了對含真空破壞閥供水系統的水力過渡過程的精確計算。本發明為真空破壞閥水錘防護理論的模型驗證提供了基礎，用于完善水錘防護的理論體系，具有較高科研和實際應用價值。

技術領域

本發明涉及長距離供水工程水錘防護技術領域，具體是一種在較大進氣條件下真空破壞閥的模型計算方法。

背景技術

由于水資源分布不均衡、地區生產和經濟發展不均衡、環境等原因，部分地區存在水供應緊張的局面，為緩解此局面，建設了諸多長距離供水工程。除在少數地形條件下應用重力流進行供水外，大部分供水工程需采用加壓方式進行供水。對于軸流泵或混流泵加壓的大型低揚程輸水泵站，若在泵后采用虹吸式出水流道，則通常在其駝峰處設置真空破壞閥進行水錘的安全防護。當水泵正常停機或事故停機等原因導致駝峰處的真空度超過設定的限度后，真空破壞閥會迅速開啟，在真空壓力的作用下向管道內補氣，這一做法不但可防止管內壓力進一步降低，發揮負壓防護的作用，隨著進氣量的不斷增大，還會使得虹吸被破壞，從而起到分水斷流的作用，進而可防止逆向虹吸的形成及水泵倒轉轉速過大。由于真空破壞閥數值模型是其數值模擬計算的基礎，將直接影響到所確定出的真空破壞閥防護方案的可靠性，因此對于真空破壞閥數值模型的研究具有重要意義。

真空破壞閥屬于一類安全閥，其工作原理和空氣閥相近，當其用于一般管道或容器的負壓防護時，由于其進、排氣量較少，可近似套用空氣閥模型進行數值模擬。但對于虹吸式出水流道上的真空破壞閥，其工作特性與空氣閥相比主要有以下兩點不同：一是進氣壓力的不同。空氣閥的進氣壓力為0m水柱，即剛開始產生真空時，閥門即打開進氣，而對于虹吸式出水流道上的真空破壞閥，由于穩定運行狀態下駝峰處即具有一定的真空度，因此真空破壞閥的進氣壓力應小于駝峰處在各穩定運行工況下的最小壓力；根據《泵站設計規范》(GB50265-2010)，若設置真空破壞閥進行防護，真空度宜在2m以上，但又應滿足駝峰頂部的最大真空度不超過7.5m，則真空破壞閥的進氣壓力應介于-2.0～-7.5m。二為閥體尺寸和進、排氣量的不同。通常空氣閥的閥徑較小，約為1/8～1/12干管直徑，這一方面導致其過渡過程中進氣量較少，故需布置較多數目、通過協同作用才能滿足水錘防護要求；另一方面將空氣閥進氣后的排氣過程較為困難，導致空氣在管道內滯留，引起壓力波動，容易造成爆管等危害，因此空氣閥宜作為輔助的水錘防護措施，可較少布置于系統中管線的局部高點處，較優集中布置于系統的尾部。而真空破壞閥由于尺寸相對較大，需設置數目較少，通常一條虹吸式出水流道上只設置一個真空破壞閥，由于其兼具分水斷流的作用，當開啟后進氣量遠超一般空氣閥的進氣量。

本發明將結合以上兩點主要區別，以空氣閥數值模型理論為基礎，通過改變空氣閥內氣體熱力學變化過程的假定，由理想氣體等溫過程替換為理想氣體等熵過程，提供一種適用于較多進氣條件的真空破壞閥數值模型的計算方法。

發明內容

發明目的：真空破壞閥在供水工程的水錘防護中發揮了重大作用，但是在以往的研究中沒有考慮到真空破壞閥與空氣閥進氣壓力的不同以及二者閥體尺寸和進、排氣量的不同，在較大進氣條件下仍然用空氣閥模型代替真空破壞閥模型進行水力過渡過程的計算，導致真空破壞閥數學模型存在偏差，真空破壞閥模型的不準確使得數值模擬計算結果誤差較大，進而直接影響真空破壞閥防護方案的可靠性，所以重新推導大進氣條件下真空破壞閥的數學模型是十分有必要的。根據對模型假定條件的重新設定，推導出的真空破壞閥數學模型可以更好地模擬真空破壞閥實際的進、排氣特性，以便為實際供水工程提供設計方案。本發明需要解決的問題就是提供一種大進氣條件下真空破壞閥的模型計算方法，以數學模型實現對水力過渡過程數值模擬的精確計算。