之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現在介紹多噴孔套筒式調流閥設計活塞閥采用不同出口部件，其臨界汽蝕（氙）變化曲線如圖23-58所示。按式（23-6)計算的5值在圖23-58的乳曲線下方時，說明出現汽蝕，這時應改變壓力值或更換出口部件類型。當5值在曲線上方時，汽蝕不明顯，若有噪聲則是因為其他原因造成。

(1) 多噴孔套筒式調流閥設計概述

多噴孔調節閥，又稱套筒式調節閥，它分軸流式、淹沒式及Y形直列式。圖23-59所示為多噴孔軸流式調節閥。 對于管道水擊，理想的水擊控制多噴孔套筒式調流閥特性是使流量隨開度y線性變化，這時關閉調流閥引起的水擊壓力升高小。本文推導得到理想調流閥無量綱閥門流量系數S與開度y和管路特性之間的解析計算公式，計算研究了理想調流閥水擊控制的效果，提出了具體的實施方法。

多噴孔套筒式調流閥的誕生已經有40年的歷史(Miller，1969;Burg，1977)，目前在輸水工程中獲得廣泛應用。多噴孔套筒式調流閥有如下優點：(1)可以在高壓差環境下，長期無氣蝕運行;(2)可以全程(由全開到全關)調流調壓，調流精度高，一般為過流量的±0.5%;(3)無危害性噪音和振動，用于清水時，可以長期*運行，使用壽命長達30～50年;(4)可以采用電力、液壓等多種方式驅動，既可以現場操作，也可以遠方控制;(5)消能、減壓范圍廣，能適應上游水頭的不斷變化。

現有多噴孔套筒式調流閥無量綱閥門流量系數S和開度y特性曲線是線性的，或者上凸的，的研究表明，對中高水頭、長距離、大流量管道輸水工程，現有調流閥特性的設計存在水擊過程控制困難的問題，其原因是在大開度時，流量隨開度y的減小改變不大，使得流量的改變集中在小開度，導致水擊壓力過大，或者關閉時間太長而無法實施。為此，2009年筆者針對一個實際工程研究了適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥，并被工程設計采用。

多噴孔套筒式調流閥設計現在的問題是，應該依據什么設計適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥?設計原理、方法、性能如何評估?

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥對于管道水擊，理想的水擊控制多噴孔套筒式調流閥，簡稱為理想調流閥，特性是使流量隨開度y線性變化，這時關閉閥門時的水壓與關閉時間成正比，在相同的線性關閉時間，調流閥引起的水擊壓力升高小。

本文將首先研究理想調流閥設計原理，然后通過計算研究理想調流閥水擊控制的效果。

1、理想調流閥設計原理
調流閥進出口水頭損失可描述為

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
式中，ΔH為調流閥的水頭損失;Q為通過調流閥的水流流速;A為截面積;ζ為閥門局部阻力系數;g為重力加速度。

式(1)可以改寫為

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
式中，ΔHr為調流閥全開，即y=1.0時的調流閥的水頭損失，其中下標r表示調流閥全開;q=Q/Qr

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
為無量綱閥門流量系數。

多噴孔套筒式調流閥設計圖1為輸水工程示意圖。

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
圖1 輸水工程示意(高程單位：m)

參考圖1，管道上游水池與下游水庫的伯努利能量方程為

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
式中，z1為上游水池水面高程;z2為下游水庫水面高程;S為管道阻抗系數。上式右邊第三項表示線路水頭損失。

將式(2)代入得

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
式中，Δz=z1-z2。

由于閥門全開時 τ =1和Q=Qr，從式(4)可得

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
當假設流量Q隨閥門開度y線性變化時，有

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
將式(5)和式(6)關系代入式(4)可得

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
整理得

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
式(7)就是理想水擊控制調流閥τ與y的關系。換句話說，只要滿足式(7)條件，流量就隨閥門開度線性變化。圖2示出了理想調流閥無量綱閥門流量系數S與閥門開度y的關系曲線。顯然，理想調流閥特性曲線是下凹型。

(2)    特性

噪聲小、振動小；具有耐汽蝕性能，具有流量、 壓力調節特性；有防堵塞及清、排雜物措施；可自動跟蹤調節閥后壓力、流量。

(3)    應用場合

本閥應用于自來水、引水、水電站、循環水等工程管路上或末端，作為壓力調節閥、流量調節閥或放水流通過小孔對撞于閥門的中心線上，徑向流速急速降低，在噴管的中央形成細小的紊流區，水內部的劇烈碰撞和摩擦，消除了大部分的能量。該閥在消能的同時消除了汽蝕的產生，關鍵在于噴孔的孔形采用錐孔而不是直孔，水流在錐孔與直孔中的流態如圖 23-61所示。

(4)調流原理

閥門上游側管道中的水，從套筒外部經過節流孔噴向內部，再流向閥門下游側。由于噴出的水流在水中消能，同時使流體在離開閥壁后產生的汽蝕在水中消除，從而使該閥兼備優良的消能（減壓）效果和耐汽蝕性。流量或壓差的調節是通過執行機構帶動套筒 閘在噴管上滑動，從而使套管上參與工作的節流孔的個數增加或減少來進行調節的。

該閥是利用多束水流中心對撞來減壓消能的，小孔對稱分布于噴管的壁上，如圖23-60所示。因為直孔流態，壓力恢復在噴孔內，氣泡在噴孔內破裂，汽蝕會損壞噴孔，產生噪聲與振動，嚴重時危及套筒本體，影響閥門壽命；錐孔W流態不斷加速，水流速快的部位在噴孔外，從而減少振動，避免對噴孔產生汽蝕。此閥門能在用戶給定的：大工

作流量Qmax、小工作流量Qnin、大工作壓力差 AHn.x,小工作壓差四條指標線圍成的區域內，通過調節閥門開度，達到工程需要的任意一個壓差和流量Q。

多噴孔套筒式調流閥設計原理閥門任一開度下流量與壓差的關系符合如下公式：

Kv=Q(忐)1/2    (23_7)

式中Kv——閥門在某開度下的流量系數（制造廠提供)；

Q    介質（水）流量，m3/h;

p^介質相對密度，對于水，取^二：^

AH一閥前后壓差，bar。

(5)具有防堵塞及清、排雜物措施

①由于該閥采用多小孔射流來減緩汽蝕，對于水中有草、雜物的情況是容易出現封堵故障的；

②本閥在底部設有排污閥和排污管接口來清排雜物；

③滑動套筒前端為硬質合金刀口狀，能剪斷和刮下附在網孔套筒上的雜物，通過排污口排除；

④本閥門設有排污人孔或手孔蓋，可人工清排雜物；

⑤套筒上的節流孔直徑根據水質及調節精度合理選取，使不太大的雜物直接通過網孔排向下游；

⑥本閥門具有反沖洗功能，能配合排污閥反沖洗排污。
山西省引黃北干線倒虹線路如圖3所示，依靠重力輸水。倒虹進口樁號為43755.64，管道中心高程為1242.80m。設置在線式多噴孔套筒式調流閥1，按2臺工作1臺備用考慮，單閥過流量按4.2m3/s設計，樁號為56520m，管道中心高程為1115.4m。倒虹出口處樁號為118 009.67，管道中心高程為1117.5m，設置球型閥2，后接水庫，水庫設計水位為1118.8m。線路全長74.25km，采用內徑2.2m的PCCP輸水。

計算條件：倒虹吸管進口水位1247.3m，出口水庫水位1118.8m;管道糙率n=0.012;調流閥采用線性關閉。

初始條件：在線調流閥1和球型閥2全開，相對開度y=1.0，流量8.4m3/s。研究表明，采用原來廠家提供的多噴孔套筒式調流閥，即使調流閥線性關閉時間為1500s，閥前水壓也高達149m水頭，見圖4，其中球型閥開度保持不變。

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理圖4 原廠家調流閥關閉水擊過渡過程當用理想控制調流閥代替原來的調流閥，將本工程參數Δz=128.5m、ΔHr=4.9m代入式(7)得

多噴孔套筒式調流閥設計原理適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
據此可繪出如圖5所示理想調流閥特性曲線。當理想調流閥線性關閉時間分別為200s、400s，則采用水擊特征線方法計算(楊開林，2000)可得圖6、圖7所示水擊過渡過程曲線，y1和q1分別是調流閥的相對開度和流量。

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
圖5 理想水擊控制調流閥特性曲線

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
圖6 理想調流閥關閉過渡過程

從圖6和圖7可得下述結論：(1)受水擊壓力的作用，流量與閥門開度近似成線性關系;(2)閥前水壓隨關閉時間的增加顯著減小;(3)在同樣的閥前水壓條件下，采用理想調流閥可以顯著縮短線性關閉時間。比較圖4和圖6，雖然理想調流閥線性關閉時間由原來廠家調流閥的1500s減少到200s，但是兩者閥前水壓幾乎相同。

3、多噴孔套筒式調流閥設計原理適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計
綜上所述，理想調流閥改善管道水擊控制效果非常顯著。同時需要指出的是，由于理想調流閥流量與開度是線性正比關系，所以它也可以提高正常輸水流量控制的精度。

適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥設計原理
圖7 理想調流閥關閉過渡過程

在理論上，制造廠可以通過設計閥標稱直徑以及閥體上噴孔的大小及沿周向和軸向的分布規律生產出理想調流閥，但是，在高水頭、大流量條件下，可能會大大增加調流閥閥體尺寸和生產成本。在這種情況下，可以采用折衷的辦法，生產實用的適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥。其原則是：無量綱閥門流量系數S與閥門開度y特性曲線必須是下凹曲線或者折線，一般說來，設計的S與y曲線越接近理想調流閥越好。

4、多噴孔套筒式調流閥設計原理結語
對于管道水擊，理想的水擊控制多噴孔套筒式調流閥特性是使流量隨開度y線性變化，這時關閉閥門時的水壓與關閉時間成正比，在相同的線性關閉時間，調流閥引起的水擊壓力升高小。

本文解析推導得到設計理想調流閥無量綱閥門流量系數S與閥門開度y的計算公式，證明理想調流閥特性曲線是下凹形。理想調流閥不僅能夠顯著提高管道水擊控制效果，而且可以提高正常輸水流量控制的精度。

多噴孔套筒式調流閥設計原理制造廠可以通過設計閥標稱直徑以及閥體上噴孔的大小及沿周向和軸向的分布規律生成理想調流閥，也可以采用折衷的辦法，生產實用的適應水擊控制的多噴孔套筒式調流閥。其原則是：無量綱閥門流量系數S與閥門開度y特性曲線必須是下凹曲線或者折線，一般說來，設計的S與y曲線越接近理想調流閥越好。與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥