介紹了先導(dǎo)式水擊泄壓閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，論述了閥門動(dòng)作特性和流量特性的試驗(yàn)方法和結(jié)果。

1、概述

　　在油品的長(zhǎng)輸管道中突然停泵、開關(guān)閥門過快或機(jī)組轉(zhuǎn)速變化等，均會(huì)引起管道中油流的驟變，這種變化產(chǎn)生一種壓力波，在管線中迅速傳遞，產(chǎn)生水擊。國內(nèi)外長(zhǎng)輸管道的發(fā)展趨勢(shì)是管道網(wǎng)絡(luò)化和密閉輸送，這就使長(zhǎng)輸管道水力系統(tǒng)更復(fù)雜，更容易形成水擊。當(dāng)管道中發(fā)生水擊，并且壓力峰達(dá)到水擊泄壓閥的設(shè)定值時(shí)，水擊泄壓閥快速開啟，部分油品泄入到泄壓罐。由于水擊泄壓閥的開啟使管路中液體的體積發(fā)生了變化，液體的壓能得到釋放，使水擊壓力波的強(qiáng)度得到減弱，因此起到了保護(hù)管道和設(shè)備安全的目的。水擊泄壓閥以非直接作用式為主，其中先導(dǎo)式水擊泄壓閥( 以下簡(jiǎn)稱泄壓閥) 相比于其他控制類型的水擊泄壓閥，具有流通能力強(qiáng)、反應(yīng)靈敏、無需外力控制和溫度適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

2、工作原理

　　泄壓閥由主閥和導(dǎo)閥組成，導(dǎo)閥響應(yīng)系統(tǒng)介質(zhì)壓力自身動(dòng)作從而控制主閥的開關(guān)動(dòng)作。其導(dǎo)閥能夠快速響應(yīng)入口壓力的變化，在管道內(nèi)水擊波傳遞到閥前，系統(tǒng)壓力超過設(shè)定壓力值后，導(dǎo)閥迅速開啟，并控制主閥迅速打開。先導(dǎo)式水擊泄壓閥屬于自動(dòng)泄壓閥，其驅(qū)動(dòng)力為管道中的介質(zhì)壓力。泄壓閥并聯(lián)安裝在受保護(hù)管線上，閥門上游一側(cè)與受保護(hù)的管線相連通，下游一側(cè)與泄放管線相連( 圖1) 。

1. 主閥2. 導(dǎo)閥3. 遠(yuǎn)程壓力管

圖1 泄壓閥安裝方式

　　泄壓閥( 圖2) 的主閥本體是軸流式的，整體分為主閥入口、主閥內(nèi)腔氣室和主閥出口3 部分。取壓點(diǎn)設(shè)在水擊泄壓閥的上游管線上，上游管道中的壓力通過遠(yuǎn)程壓力管進(jìn)入導(dǎo)閥，導(dǎo)閥通過壓力管分別與主閥內(nèi)腔氣室和主閥出口相連。

1. 閥體2. 閥瓣3. 彈簧4. 固定套5. 導(dǎo)套6. 密封件7. 閥座8. 過濾器9. 導(dǎo)閥10. 壓力管

圖2 泄壓閥

　　在正常工作狀態(tài)下，上游管道中的壓力進(jìn)入導(dǎo)閥，通過氣室壓力管進(jìn)入主閥內(nèi)腔氣室，主閥閥瓣在系統(tǒng)壓力的作用下與密封件接觸，從而保持關(guān)閉。當(dāng)管道中產(chǎn)生水擊時(shí)，上游管道壓力超過設(shè)定壓力，導(dǎo)閥動(dòng)作，切斷主閥內(nèi)腔與上游系統(tǒng)壓力的連通，泄放主閥內(nèi)腔壓力到主閥出口。主閥內(nèi)腔失去介質(zhì)力的作用，閥瓣左移，主閥開啟，迅速泄放部分介質(zhì)，消減水擊壓力峰，從而起到保護(hù)作用。隨著水擊泄放閥的開啟，水擊波的能量得到釋放。如果管道壓力降至水擊泄壓閥設(shè)定值以下，介質(zhì)重新進(jìn)入主閥內(nèi)腔氣室，作用在主閥閥瓣上，主閥閥瓣右移，泄壓閥重新關(guān)閉，恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　隨著長(zhǎng)輸管線的發(fā)展，泄壓閥對(duì)泄放量的需求也越來越高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)展為具有高泄放能力，排放噪聲更小，結(jié)構(gòu)緊湊的軸流式主閥。主閥內(nèi)芯設(shè)計(jì)為橄欖形，與閥體配合形成合理的泄放流道，提供消除水擊所需的瞬間泄放量。泄壓閥通過導(dǎo)閥感受水擊壓力控制泄壓閥的開啟及關(guān)閉，為非直接作用式泄壓閥，主要控制功能均由導(dǎo)閥實(shí)現(xiàn)，因此導(dǎo)閥具備能夠快速響應(yīng)入口壓力變化的能力。在管道內(nèi)水擊波傳遞到閥前，系統(tǒng)壓力超過設(shè)定壓力值后，導(dǎo)閥迅速開啟，并控制主閥迅速打開。導(dǎo)閥應(yīng)適用于液體介質(zhì)，對(duì)主閥關(guān)閉過程緩慢控制，不會(huì)形成二次水擊。

　　泄壓閥工作介質(zhì)一般為易燃易爆的油品，從環(huán)保及安全角度考慮，導(dǎo)閥不能排空，出口必須接入主閥出口。主閥出口與帶壓管線相連，可能存在背壓，因此導(dǎo)閥應(yīng)具備承受背壓特性，確保水擊泄壓閥的設(shè)定壓力及動(dòng)作性能不受背壓影響。

4、性能試驗(yàn)

　　為了對(duì)泄壓閥的動(dòng)作特性及流量特性進(jìn)行研究，進(jìn)行了水擊動(dòng)作試驗(yàn)和流量試驗(yàn)。

　　4.1、水擊動(dòng)作

　　泄壓閥能夠迅速開啟，平穩(wěn)關(guān)閉至關(guān)重要。為研究其動(dòng)作特性，分別進(jìn)行了在近泵端和近快關(guān)閥端的有或無泄壓閥的水擊試驗(yàn)( 圖3) 。試驗(yàn)介質(zhì)水及其環(huán)境溫度為10 ～ 12℃。

1. 水源2. 水泵3. 流量計(jì)4. 快關(guān)閥5. 水擊泄壓閥6. 快關(guān)閥7. 調(diào)節(jié)閥

圖3 水擊試驗(yàn)系統(tǒng)

　　分析試驗(yàn)結(jié)果( 圖4、圖5) ，不使用泄壓閥保護(hù)試驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)，迅速關(guān)閉快關(guān)閥，系統(tǒng)壓力在極短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)峰值，其值為系統(tǒng)正常運(yùn)行壓力的3 倍以上。在首次最高的壓力峰值后，系統(tǒng)壓力形成波形振蕩，其波動(dòng)隨著時(shí)間的推移而逐漸衰減，4 ～ 5s 后系統(tǒng)中的壓力波動(dòng)逐漸穩(wěn)定。壓力波動(dòng)穩(wěn)定后，管線中持續(xù)壓力為原工作壓力的2 倍以上。使用泄壓閥時(shí)，由于泄壓閥的迅速響應(yīng)，首次最高壓力峰值顯著降低，并且在首次壓力峰值之后，壓力波動(dòng)快速穩(wěn)定，管線壓力降低到水擊泄壓閥的設(shè)定壓力值，遠(yuǎn)低于無保護(hù)時(shí)的狀態(tài)。

1. 無泄漏壓閥保護(hù)2. 有泄壓閥保護(hù)

圖4 近快關(guān)閥端有/無泄壓閥保護(hù)時(shí)P2壓力曲線

　　在不同的安裝位置，泄壓閥都能夠迅速響應(yīng)，快速消除水擊壓力峰值，保護(hù)管線。水擊工況下，泄壓閥動(dòng)作性能穩(wěn)定，密封良好，關(guān)閉平穩(wěn)，無二次水擊現(xiàn)象( 表1) 。

表1 泄壓閥動(dòng)作性能

1. 無泄漏壓閥保護(hù)2. 有泄壓閥保護(hù)

圖5 近泵端有/無泄壓閥保護(hù)時(shí)P1壓力曲線

　　4.2、流通能力

　　泄壓閥需要較大的瞬時(shí)泄放量，因此對(duì)其流通能力具有一定的要求。泄壓閥使用額定流量系數(shù)CV衡量其流通能力。閥門的額定流量與CV值成

　　正比，CV值越大，閥門的額定流量越大。為保證流通能力滿足要求，進(jìn)行全開度下額定流量系數(shù)的測(cè)量試驗(yàn)( 圖6、圖7) 。

1. 壓力源2. 試驗(yàn)段前節(jié)流閥3. 溫度傳感器4. 流量傳感器5. 試驗(yàn)樣閥6. 試驗(yàn)段管路7. 試驗(yàn)段后節(jié)流閥8. 壓力測(cè)點(diǎn)

圖6 CV值試驗(yàn)系統(tǒng)

　　依據(jù)流道結(jié)構(gòu)最終設(shè)計(jì)方案，對(duì)泄壓閥樣閥的全開狀態(tài)、不同壓力條件下的流動(dòng)情況進(jìn)行了CFD模擬，并獲得各對(duì)應(yīng)工況下的流通能力( 即質(zhì)量流量) 。通過仿真計(jì)算與試驗(yàn)對(duì)比可知( 圖8) ，仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，與理論分析的趨勢(shì)也保持一致。

圖7 泄壓閥實(shí)測(cè)CV值

1. 模擬2. 試驗(yàn)

圖8 流量曲線計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

5、結(jié)語

　　先導(dǎo)式水擊泄壓閥為自力式大泄放量的水擊泄壓閥，通過機(jī)械導(dǎo)閥感應(yīng)管道壓力對(duì)主閥瓣的動(dòng)作進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)迅速響應(yīng)和準(zhǔn)確開啟，安可靠地保護(hù)管道設(shè)備，廣泛的應(yīng)用于長(zhǎng)輸行業(yè)中。泄壓閥動(dòng)作性能穩(wěn)定，關(guān)閉平穩(wěn)，無二次水擊現(xiàn)象產(chǎn)生，流通能力強(qiáng)，能夠提供足夠的消除水擊所需要的瞬間泄放量。