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先导式安全泄压阀阀门阻力系数实验研究

文档作者：张璐朱满林张言禾王涛文档来源：西安理工大学		点击数：	更新时间： 2021年09月10日
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2012正
第2期
5 设 备
and Equipment
2012
No．2
先导式安全泄压阀阀门阻力系数实验研究
张璐，朱满林，张言禾，王涛
(西安理工大学，陕西西安710048)
摘要：为了防护水锤，大量的输水工程中安装了安全泄压阀。在进行水锤防护措施研究时，需要阀
门在不同开度下的阻力系数。实验室实测了DN50先导式安全泄压阀在不同开度下的阀门局部阻力系
数，实验结果显示阀门在全开情况下，其阻力系数为4．98。当阀门开度大于33％ 时，随着阀门开度增
大，阻力系数减小比较缓慢；当阀门开度小于33％ 时，随着阀门开度减小阻力系数增加很快。测试结果
可供压力输水系统工程设计及水锤防护措施研究参考。
关键词：水锤防护；安全泄压阀；阻力系数
中图分类号：TV674 文献标识码：A 文章编号：1004—9614(2012)02—0024—03
Experimental Study on Resistance Coefi cient of
Pilot Operated Safety Relief Valves
ZHANG Lu，ZHU Man—lin，ZHANG Yan—he，W ANG Tao
(Xi’an University of Technology，Xi’all 710048，C~na)
Abstract：For protection of the water hammer，a safety relief valve is installed in a large number of water projeets．Water
hammer protection measures during the study require the resistance coefficient of the pilot operating safety relief valves at different
open degrees．In the laboratory，this paper measured the resistance coefficient of the pilot operating safety relief valves with DN50
at different open degrees．The result of the experiment demonstrates that the resistance coefficient is 4．98 when the valve is fully
open．When the open degree of the valve is more than 33％ ，the resistance coefficient will decrease slowly as the open degree of
the valve increases．When the open degree got less than 33％ ，the resistance coefficient will increase very fast as the open degree
increases．The test results can be used as reference for the engineering design of pressure water systems and water hammer protection
measures．
Key words：water hammer protection；safety relief valve；resistance coefficient
0 引言
对压力输水系统及特别的长距离压力输水系统
安全运行造成威胁的主要因素之一是水锤事故。为
了防护水锤，不少工程安装了安全泄压阀 I2 J。在水
力过渡过程中，当安全泄压阀阀前的压力大于设定压
力时，安全泄压阀自动打开泄水，将主管道的压力限
定在设定压力以下，避免由于压力过高而造成管道系
统的破坏。对于安装安全泄压阀的压力输水工程，进
行水锤防护措施研究时，需要安全泄压阀不同开度时
的局部阻力系数。文中实测了DN50先导式安全泄压
阀在不同开度下的局部阻力系数。测试结果可供压
力输水系统工程设计及水锤防护措施研究参考。
1 先导式安全泄压阀概述
先导式安全泄压阀主要用于供水、石油天然气、
收稿日期：2011—10—28 收修改稿日期：2011—1l—l8
化工、电力、冶金和城市燃气等领域。先导式安全泄
压阀具有动作精度高、重复性好、回座快、不泄漏、工
作寿命长、工作状态稳定可靠，能够在线调校，反复启
跳排放后仍然能自动回座，关闭严密，操作维护方便
等优点 。
1．1 先导式安全泄压阀结构
先导式安全泄压阀由主阀和先导阀及其外装附
件组成，其主阀由阀体、膜片、阀杆组件、主阀板、阀座
等组成，通过外装附件及先导阀实现安全泄压。图1
为先导式安全泄压阀结构示意图。过滤器的主要作
用是过滤水中的杂物，以免堵塞外部管件，使导阀失
灵。导阀上的调节螺栓用来调节阀门的设定压力。
针阀的主要作用是调节主阀的关闭(开启)速度。
1．2 先导式安全泄压阀的工作原理
安全泄压阀将进口压力的变化，反馈到导阀上，
第2期 张璐等：先导式安全泄压阀阀门阻力系数实验研究 25
再由导阀来控制主阀板的启闭。当管路中的压力超
过导阀的设定值时，进口的水从控制管进入导阀膜片
下腔内，使其压力增高，推动导阀阀杆上移，导阀阀板
打开，主阀控制室上腔的水从导阀和控制管排泄，在
进口水压的作用下，主阀板打开。
阀
图1 先导式安全泄压阀结构示意图
当管路中的压力下降至低于设计值时，导阀膜片
下腔的压力降低，导阀阀杆下移，使其阀板关闭。从
而导致从控制管进入导阀再到主阀控制室上腔的水
压力增高，在上腔水压作用下主阀板关闭。
2 实验研究
2．1 实验目的
安全阀是一种自动阀门，在结构和性能参数方面
与通用阀门有许多不同之处Hj，为使输水系统的水锤
计算更加精准可靠，文中通过测试DN50安全泄压阀
的局部阻力系数，供压力输水管道水锤防护措施研究
参考。
2．2 实验装置
实验目的是测试安全泄压阀的阀门阻力系数，实
验装置的设计主要根据《通用阀门流量系数和流阻系
数的试验方法》(JB／T 5296—91)进行 一 。图2为
安全泄压阀阻力系数测试实验装置示意图。
图2 安全泄压阀阻力系数测试实验装置图
实验采用了循环水系统，循环水由图中1 压力罐
经水泵通过DN50钢管流经待测安全阀门和流量计到
2#压力罐，再流回至1 压力罐。
实验阀门为DN50先导式安全泄压阀，PN i．0
MPa；水泵采用单级单吸清水离心泵，型号IS65—48—
200，流量为25 m ／h，扬程为50 rn，转速为2 900 r／
1301n ．
流量测量采用电磁流量计，型号为IFM4080F，规
格为DN50一NEOP—MO，压力为4 MPa，流量为0～60
m ／h，精度为1．5％。阀前阀后压力差采用差压变送
器测量，型号DP4E12M401。阀门开度采用防水位移
传感器测量，量程为15 mm，传感器精度为5％c。实验
数据采集由计算机数据采集系统完成。
2．3 阀门开度手动装置设计
测试阀门在不同开度的阻力系数，难点在于控制
阀门开度。先导式安全泄压阀是通过导阀的压力来
控制主阀阀板的启闭，而无法手动控制主阀板的开
度。该次实验设计了主阀板手动控制装置，主要采用
正反丝的原理。
图3为上螺杆结构示意图，图4为下螺杆结构示
意图。
图3 上螺杆
图4 下螺杆
26 Pipeline Technique and Equipment Mar．2012
连接方式为：下螺杆下端与主阀的阀板中心相
连，上端与上螺杆的下端相连；上螺杆穿过主阀上腔
顶部中心与下螺杆相连，上螺杆的内丝和外丝旋转方
向相反。通过旋转伸出阀门上腔的上螺杆，就可以带
动下螺杆的移动，从而实现手动控制主阀阀板的开度
变化。
2．4 实验原理
阀门的阻力系数 取决于阀门产品的尺寸、结构
开度增大，阻力系数减小比较缓慢。当阀门开度小于
33％时，随着阀门开度减小，阻力系数增加很快。
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以及内腔形状。水力学公式为 ． 图6 DN50先导式安全阀相对开度与阻力系数关系(局部图)
AH= 南 )
由式(1)得到阀门阻力系数公式：
= 2 -gr， ．A ·
式中：△ 为阀前阀后压力差，m；A为管道截面积，m ；
Q为管道流量，m ／s；g为重力加速度，rn／s ．
3 实验数据的采集和分析
3．1 实验数据的采集
实验数据采集由计算机数据采集系统完成。在
数据采集与处理系统中，采用16位A／D转换的高精
度数据采集板，对压力传感器输出的模拟信号进行
处理，最后转换为EXCEL表格进行数据储存和处
理Eg]。
3．2 实验数据的分析
在EXCEL中进行数据的转化和分析，采集的原
始数据均为电压值，转化后绘制的不同阀门相对开度
与阻力系数关系图如图5、图6所示。阀门的相对开
度是指阀门实际开度与最大开度之比。实测阀门最
大开度12．25 mm，约为阀门公称直径的1／4。图6是
相对开度大于20％后的阀门阻力系数，是图5的局部
图。
辍
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C
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图5 DN50先导式安全阀相对开度与阻力系数关系(整体图)
由图5可以看出，DN50先导式安全阀全开时的
阻力系数为4．98。当阀门开度大于33％时，随着阀门
4 结束语
实测了DN50先导式安全阀的局部阻力系数，实
验结果显示阀门在全开情况下，其阻力系数为4．98。
当阀门开度大于33％时，随着阀门开度增大，阻力系
数减小比较缓慢；当阀门开度小于33％ 时，随着阀门
开度减小，阻力系数增加较快。先导式安全阀种类较
多，文中仅对DN50先导式安全阀的局部阻力系数进
行实验室测试，测试结果可供压力输水系统工程设计
及水锤防护措施研究参考。测试更多安全阀的阻力
系数，研究其变化规律，对长距离压力输水工程优化
设计，确保工程安全运行起到促进作用。
参考文献：
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作者简介：张璐(1985一)，硕士研究生，研究方向为水资源系统
工程。

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