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水 利 学 报

2022 年 4 月 SHUILI XUEBAO 第 53 卷 第 4 期

文章编号：0559-9350（2022）04-0413-08

先导式泄压阀水力瞬变的仿真

杨开林
（流域水循环模拟与调控国家重点实验室，中国水利水电科学研究院，北京 100038）

摘要：先导式泄压阀是一种先进的防水击危害的智能水力装置，具有根据管道水压的变化自动做出开启或者关闭
的功能。本文建立泄压阀水力瞬变流量、水压与泄压阀开度的函数关系，提出泄压阀主阀开度响应水压变化的递
进模型，并设计出计算机数值仿真先导式泄压阀响应水压变化的动作过程的方法和程序。最后，以实际工程为
例，研究了管道承受负压的能力，以及先导式泄压阀口径和线性启闭时间对水力瞬变的影响。结果表明：泄压阀
在水击过程中并不总是能完全开启，只是部分开启，甚至仅开启很小的开度，从而影响对后续突然升高冲击水压
的消减效果，这在今后水击危害防护分析中应引起重视。
关键词：先导式；泄压阀；水力瞬变；仿真；水击防护
中图分类号：TV134 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210840

1 研究背景

当泵站加压管道输水系统事故断电或机组启停时，在输水管道中都会发生水击现象，水压突然
［1］
急剧增加或下降，严重时会发生爆管事故 。在此情况下，可采用泄压阀防止水击破坏事故的发生。
泄压阀或者超压泄压阀的发展历史悠久，已经有很多相关的理论研究成果。早期的泄压阀为弹
簧式，阀瓣与阀座的密封靠弹簧的作用力，当水压超过设定值时，泄压阀克服弹簧力瞬时开启放水
［3］
［2］
泄压，一旦水压小于设定值时，泄压阀在弹簧作用下瞬时关闭。Singh 和 Krivosheev 建立了弹簧式
泄压阀的二阶运动方程，以阀进口压力作为激励，分析了泄压阀工作过程中的稳定性。由于弹簧式
泄压阀存在运行稳定性问题，且它的瞬时全关可能产生危险的闭阀水锤，目前正在被先导式泄压阀
代替。先导式泄压阀由导阀和主阀组成，通过导阀的启闭来控制主阀的启闭，主阀具有快开慢关的
功能，能够迅速开启防止水压的大幅升高，缓慢关闭可防止自身关阀产生的水击危害。导阀感应水压
［4-5］
的变化，反应灵敏，动作迅速，在设定压力的 1%的范围内就能够动作，主阀响应时间小于 0.1 s 。
［6］
杨开林 研究了先导活塞式泄压阀的运动规律，考虑各方面因素，包括水压力、运动部件的重力、弹
簧力、活塞环摩阻力以及渗漏等，建立了描述主阀启闭速度与时间关系的运动方程，提出了合理选
择活塞直径与主阀瓣直径以减小水压变化对关闭过程影响的方法，进而解析得出主阀关闭速度、行
程、关闭时间的计算公式及运动规律。
先导式泄压阀是一种先进的防水击危害的安全阀，是一种智能水力装置。一方面，它可以根据
输水管道水压的变化自动做出开启或者关闭的选择；另一方面，它的启停过程又反过来影响输水管
道流量和水压的变化。因此，在利用计算机数值仿真输水系统水击过程之前，泄压阀主阀开度 y 随时
间 t 的变化过程是未知的，甚至实际开启的最大开度也是未知的。

收稿日期：2021-09-12；网络首发时间：2022-03-14
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20220310.1721.001.html
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基金项目：水利部公益性行业科研专项（201501025）；国家重点研发计划项目（2018YFC1508403）；国家自然科学基金项目
（51979291，52009144）
作者简介：杨开林（1955-），教授级高级工程师，主要从事水力瞬变研究。E-mail：yklciwhr@sohu.com
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