差动式快开阀开阀时间模型及计算

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1、2011年第4期阀门—1—文章编号:1002-5855(2011)04-0001-04差动式快开阀开阀时间模型及计算孙振华，张世富，张起欣，刘梁华(后勤工程学院，重庆401311)摘要介绍了100mm差动式快开阀的结构和开阀过程的动力学原理。通过建立开阀时间的数学模型，编制计算程序求解了开阀时间。计算结果表明阀体开阀时间与试验实测数据吻合良好。关键词快开阀;差动式;开阀过程;开阀时间中图分类号:TH134文献标识码:AThemathematicalmodelandcalculationofopeningtimefordi

2、fferentialcontrolquickopeningvalvesSUNZhen-hua，ZHANGShi-fu，ZHANGQi-xin，LIULiang-hua(Dept．ofPetroleumSupplyEngineering，LEU，Chongqing401311，China)Abstract:Open-onvalveprocessdynamicsprincipleandvalvestructureof100mmdifferentialcontrolquickopeningvalvesareintroduced

3、inthispaper．Theauthorscalculatedtheopeningtimebyestablis-hingmathematicalmodelandusingcomputingprogram．Calculationresultsindicatethattheopeningtimeisconcordantwiththeexperimentalmeasurementdata．Keywords:quickopeningvalve;differentialcontrol;open-onvalveprocedure;

4、;openingtimeforvalve1概述泄漏是管线常见的事故工况。大量的油料泄漏会造成严重的环境污染，危及人民的生命财产安全。所以，必须对管线使用和管理人员进行泄漏事故工〔1〕况的针对性训练，提高处置泄漏事故的能力。而设计研制一套训练辅助装置，模拟产生瞬间泄漏等事故工况的关键在于高速开关阀的研制。目前国内〔2〕外高速开关电磁阀控制流量较小，单一依托电磁阀无法满足训练辅助装置控制需求，本次研究的快开阀采用电磁控制先导阀，主阀利用差压控制原理，既可有效提高控制流量，其开启响应时间也能满足图1快开阀控制需求。由于该阀在输

5、油现场使用，采用液体与阀芯受力平衡。当电磁先导阀通电开启，流体经孔〔3〕2流出，由于孔2直径远大于孔1直径，流体在阀芯机械控制技术实现阀门高速开启的目的。〔4〕2工作原理内部无法聚压，阀芯底部受力大于腔内流体压快开阀(图1)未动作时，电磁先导阀关闭，流体力、弹簧力与流体粘性摩擦力的合力，使阀芯向上运经孔1流入并充满阀芯内部空腔，流体对阀芯底部动，阀门开启，大部分流体从阀芯右侧流出。阀门的压力等于阀芯内部流体压力和弹簧预压力的合力，开启程度由限开度机构控制。阀芯向上运动过程中，基金项目:总后勤部军需物资油料部资助项目(油2

6、0090207)作者简介:孙振华(1984－)，男，山西朔州人，硕士研究生，主要从事油气储运输送、加注技术及装备的研究工作。—2—阀门2011年第4期空腔内流体流速相对较慢，可近似认为是层流流动。阀芯向上运动过程中，3部分流体经孔2中排3开阀特性分析模型出，3部分液位会有明显变化，4、5部分液位不会产阀内空腔直径不同(图2)，为了便于分析，将阀生变化，直到阀门达到最大开度。若dt时间内，阀内空腔(有流体流经的部分)分为6部分(a、1、2、3、芯沿轴线方向上升dx，即3部分有dx长度的流体4和5)，每部分都相当于圆管内流动

7、，只是长度和流出，考虑到从2部分进入的流量直径有所区别。各部分流量、上下压差、长度、直径12dxπd3=(Q3－Q2)dt(3)分别表示为Qn、ΔPn、Ln和dn，n=a、1、2、3、4和5。4由于4、5部分的净剩流量没有变化，则Q3=Q4=Q5，由6个部分流量表达式及式(3)，可以得到4daL332μL3dxüΔP3=ΔPa(d)L+2dtï3ad3ï42daL432μL4d3dxïΔP4=ΔPa(d)L+d4dtý(2－b)4a4ïd4L32μLd2ïa553dxΔP5=ΔPa(d)L+4dtï5ad5þ(3)阀芯腔

8、内壁面粘性摩擦力阀门在开启过程中，流体受挤压经孔2中排出，阀芯腔内壁会对流体产生一个阻碍其运动的力，该图2阀内空腔划分力即流体对阀芯腔内壁面产生的粘性摩擦力。阀门开启过程中，腔内的流体经孔2排出，腔3根据牛顿内摩擦定律，可得管中流体产生的切内流体排出时间即为阀门开启时间。〔7－8〕应力为(1)阀芯内腔流量ΔPΔP2阀