PVC球阀对山地灌溉管道水锤特性的影响

陈志伟

[摘 要]近年来随着我国经济的不断发展，我国的科学技术也随之发展进步起来。在农业中，灌溉技术的发展和农业高效用水的推广，使得微灌技术在农业中被广发的使用。在农业生产的灌溉当中，P V C管由于具有质量轻、耐腐蚀性强、成本较低等的优势，所以在实际的运用被广泛的使用。另外P V C球阀作为控制灌溉水流大小以及速度的工具，具有水头损失小、启闭灵活等的特点，所以这种材质的工具在微灌工程中被广泛的应用着。本文主要对于P V C球阀对山地灌溉管道水锤特性的影响进行了分析，通过一系列的试验和将不同的条件进行变化，以及将相同条件下的最大水锤压力的值进行记录，最终得出一组符合实际情况的数据，根据试验所计算得出的结论进行分析，就能够帮助我们研究P V C球阀对山地灌溉水锤特性的影响。

[关键词]P V C球阀；山地灌溉管道水锤特性；影响

中图分类号：S277.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0162-01

前言

在实际的工况中，球阀一般处于局部开启或是关闭的状态。这时候的阻力性能与全开启时的阻力性能是不同的，这时候，球阀的阻力性能会对管网的水力性能造成一定的影响。特别是在山地灌溉管网当中，球阀的开启状态对于灌溉管道凸起部位的水流特性、水击压力变化等都会产生一定的影响。因此，对于PVC球阀对山地灌溉管道水锤特性的影响是很有必要的。国内外的各个专家学者也都对这一问题进行了系统的研究，目前，关于阀门的研究主要集中在阀门本身的水利性能、阻力特性、以及阀口流场水力性能等的方面。而对于管道水锤特性的研究较少，对灌溉输水管道在事故等突发情况下阀门关闭对水锤特性的影响更是少有这类的报道。

1.PVC球阀对山地灌溉管道水锤特性的影响的探索

1.1 关于阀门的研究现状

阀门作为一种通用的机械产品，产品的种类繁多，应用范围也十分的广泛。一方面，阀门在整个工作装置和系统中起着至关重要的作用，另一方面，阀门的失效会导致整个系统或是设备无法正常的工作，可见，阀门的作用是十分强大的，关于阀门的研究现状是人们不可忽视的一个问题。随着科学技术的发展与进步，阀门的可靠性也在不断的提高与加强，在对阀门的可靠性进行试验和评估的时候，对阀门失效的原因进行了分析。主要的失效模式和失效原因有：卡滞、渗漏、振动及噪声、阀门工作压力、阀体破裂等等，针对这些问题，相关人员也作出了具体的原因分析：阀门出现渗漏的主要原因是因为密封不彻底的缘故，由于密封无效而导致的渗漏是十分常见的，这其中的原因，一是由于设计不合理，二是由于结构不合理，这两大不合理的问题会引发出其他很多细小的问题，慢慢累积起来就会造成很大的损失。另外，振动是影响阀门可靠性的一个重要的方面，对于阀门振动的主要原因也作出了详细的分析：一是管路的振动导致阀门的振动，二是产生共振，三同样是由于不合理的设计而导致振动的产生，四是由于不稳定流的影响。通过对这些问题以及影响因素进行研究，让我们了解到了目前阀门在使用当中的现状，也通过对这些现状的针对性的研究，使阀门的使用性能达到一个更好的状态。

1.2 水柱分离的判断和断流弥合水锤的计算

水柱分离和断流弥合水锤是与阀门息息相关的两个现象。水柱分离是指：在有压管路中，某一处的绝对压力低于水的汽化压力时发生的一种现象。这种水柱分离的现象在管路的凸起部位、驼峰、向上拐点处等更容易发生。对于一些长距离的输水管道，尤其是山地上的灌溉管道，山地复杂多变的地形很容易使管道出现凸起的部位，这样就导致出现水柱分离现象的可能性大大的增加了。同时，在因事故停泵、阀门紧急关闭等的情况下也极易发生断流弥合水锤的现象。在对水柱分离进行判断和对断流弥合水锤进行计算的时候，要充分的考虑到各个情况下的可能受到影响的因素，一定要将数值做到十分精确的程度。

1.3 试验系统与方法

试验在实验室里进行，整个系统由水力系统和计算机量测系统组成。在试验过程中用到的器材有：规定直径的PVC管和潜水泵、恒压水箱、截止阀、球阀、回水渠等等水力系统，计算机量测系统需要用到的器材有：PC计算机、压力传感器、温度计等等。在试验时要模拟真实的管道情况，充分的将准备工作做好。一切的准备工作都是为了保证采集数据的稳定性和准确性。在试验中装有4个球阀和5个压力传感器，通过记录球阀关闭的时间，测定的数据由P C计算机进行采集。通过将每个传感器在每个流量下进行多次的试验，最终选择出最具有代表性4组进行分析。在试验过程中，为了确保试验数据的稳定性，在试验中最大的水锤压力是1 0个最大水锤压力的平均值，单位用水柱高度进行表示。

2.结果与分析

2.1 不同流量下球阀快速关闭时水锤压力最大值的变化

在以不同的条件作为横、纵坐标绘制出的图像中来看，在不同流量下球阀关闭时水锤压力最大值的变化是与管内的流量存在着密切的关系的。随着管内流量的增大，球阀快速关闭时凸起部位各管段的水锤压力的最大值均随之增大。但是，在不同的坡段，最大值的数值也是有所不同的。试验中的4个球阀均在不同的水锤压力下都有着不同的情况，在管段的坡前段、上坡段、坡顶段、下坡段、坡后段，五个部分中，相同的球阀之间和不同的球阀之间也都是存在着差异的。

2.2 相同流量下球阀关闭时水锤压力的变化

相对于不同流量下，球阀快速关闭时水锤压力最大值的变化情况来看，在相同的流量下，球阀关闭时水锤压力的变化规律就有了一定的可循性。在相同流量的前提下，球阀在快速关闭时，凸起部位的坡前段、上坡段、坡顶段、下坡段和坡后段水锤的压力随时间的变化规律是一致的。有时会出现这样一种情况：在球阀快速关闭的时候，水锤压力在波谷时均为负值，既管道内会出现负压。

2.3 球阀关闭时水锤压力最大值出现坡段及水锤压力变化规律分析

在试验中选取的4个球阀当中，有两个布置在凸起部位的上游，另两个球阀布置在凸起部位的下游，分別测量坡前段、上坡段、坡顶段、下坡段和坡后段的五个压力传感器分别被放置在了凸起部位的下游和上游。在处于上游的球阀关闭后，由于压力传感器处于关闭球阀的下游，管道中的水流流出，同时，空气从管道的出口进入管道，随着水流的继续流出，空气进入管道的速度也在加快，但是坡前段和上坡段不会有空气进入，因此坡前段和上坡段水锤压力的最大值大于坡顶段、下坡段和坡后段，在球阀关闭的瞬间产生水柱分离，由于空气的进入，分离的水柱在重新弥合时相互的撞击力大大减小，导致水锤的压力也迅速的减小，直至压力渐渐地趋于0。

3.结语

通过实验与理论相结合的方法，对山地灌溉管道中不同坡段的水锤压力值和水锤压力最大值的变化做出了系统的研究。对于P V C球阀对山地灌溉管道水锤特性的影响进行的说明。相信有关的人员在通过实验与研究之后对于得出的结论已经有了初步的认识，在面对问题的时候也能够做出相应具体的解决方案出来。

参考文献

[1] 周晋军，吕宏兴，石喜，朱德兰，周美林，王家琪.PVC球阀对山地灌溉管道水锤特性的影响[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2014，（11）：199-204.

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