一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法与流程

1.本发明涉及一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法。


背景技术：

2.在输水管网中，为应对当管道中出现水锤等管道水压力激增现象，一般设有泄压阀等管道保护装置。泄压阀的工作机理是当管道内水压力过大时，泄压阀就会打开并泄去一部分水流，在极短时间内减小管道水压从而达到保护管道的目的。由于泄压阀的工作机理，管道内不可避免的存在着流量损失。
3.一般情况下，对于此部分流量损失的测量，是通过在管道中额外加设流量计来实现。流量计的种类有很多包括容积式流量计、压差式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计等。通常对于管网采用的流量计是应用最广泛的压差式流量计，其工作原理是根据安装于管道中流量检测件产生的差压，已知的流体条件和检测件与管道的集合尺寸来计算流量。
4.对于管道流量的测量，传统方法是是在管道中加设流量计。然而对于泄压阀泄水流量的测量，存在以下缺陷，一是加装流量计存在成本过高的问题，且维护较为不便；二是由于泄压阀工作时开闭时间过短，传统流量计测量的波动值较大，无法精确测量泄水流量。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种利用管网中泄压阀的工作原理，结合水力学基本方程伯努利方程，模拟了管网中泄压阀工作时的工况，利用“测算+估算”的数据处理方法对波动值较大的数据进行滤波处理，得到管网中泄压阀工作时的基本参数，实现对泄压阀的泄水流量检测的一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法。
6.本技术的目的是这样实现的：一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，根据泄压阀工作的基本原理，将其简化为弹簧振子装置加设在管道中，以模拟实际管网中的泄压阀；步骤2，推求弹簧振子开度x与流量q的对应关系式，测绘弹簧振子装置中弹簧振子开度与流量的对应关系图；步骤3，架设实验装置，并通过伯努利方程推算得到弹簧振子处压力真实值p*；步骤4，测算入口给定变化的压力条件不同时，弹簧振子开度x、管道内水压力p、泄水流量q随时间的变化关系，验证其变化关系相互间存在的联系性，同时对本发明的可行性进行进一步验证。
7.本技术通过管网中泄压阀的工作原理，制作了更简易、直观的实验装置，将复杂的实际工况简化成了直观的实验模型；融合了数据可视化的理念，将弹簧振子的开度与流量关系相对应，把抽象化的流量数据转换成可视化的开度现象表示；针对在极短时间内检测值波动较大的问题，采用了“测算+估算”的方法对数据进行了滤波处理，保证了数据的稳定
性和真实性。
附图说明
8.本技术的具体结构由以下的附图和实施例给出：图1是弹簧振子装置的结构示意图；图2是弹簧振子开度与流量关系函数图；图3是装设有弹簧振子装置的实验装置的结构示意图；图4是弹簧振子开度与泄水流量的对应关系图；图5是管内水压力与泄水流量的对应关系图；图6是弹簧振子开度与泄水流量的对应关系图；图7是管内水压力与泄水流量的对应关系图；图8是本技术的流程图。
实施方式
9.本技术不受下述实施例的限制，可根据本技术的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
10.在申请中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。
11.下面结合实施例及附图对本技术作进一步描述，实施例1：如附图1-8所示，一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法，包括以下步骤：步骤1，根据泄压阀工作的基本原理，将其简化为弹簧振子装置加设在管道中，以模拟实际管网中的泄压阀装置；步骤2，推求弹簧振子开度x与流量q的对应关系式，测绘弹簧振子装置中弹簧振子开度与流量的对应关系图；步骤3，架设实验装置，并以“测算+估算”的数据处理方法，得到弹簧振子处压力真实值p*；步骤4，测算入口给定变化的压力条件不同时，弹簧振子开度x、管道内水压力p、泄水流量q随时间的变化关系，验证其变化关系相互间存在的联系性，同时对本发明的可行性进行进一步验证。
12.进一步的，如图1所示，所述弹簧振子装置包括一两端开口的阀体，在阀体的出水口内设置有基座，在基座上连接有弹簧，弹簧内端安装有振子，所述振子为球体，其可顶触于阀体的进水口内端口处，使得进水口无法流入水流。
13.进一步的，如图3所示，所述实验装置包括一通水的管道，在管道上开设有测量口，在测量口内安装有弹簧振子装置，弹簧振子装置的进水口与测量口导通。在管道的管壁上装设有前端压力传感器，在弹簧振子装置的阀体内装设有后端压力传感器。
14.实施例2：一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法，包括以下步骤：步骤1，模拟管网中泄压阀的工作原理，如图1所示，泄压阀的工作原理可简化为一弹簧振子，当管道中压力正常时，振子的初始位置堵住阀体进水口，弹簧振子装置处于关闭
状态，没有水流通过。当管道中压力激增时，振子发生位移，阀体进水口打开，管道中一部分水流通过弹簧振子装置泄出，管道内水压骤减。
15.步骤2，测算弹簧振子开度与流量的关系，根据水力学基本原理以及牛顿运动公式推导得出，弹簧振子位移x与流量存在如下对应关系：
16.其中，c1、c2为待定系数，不同的阀门口径（工程口径），e为自然常数，弹簧振子的运动状态由流体的密度ρ，流量q，振子的质量m，弹簧的弹性模量k，共同决定。
17.本实施例2中对于阀体采用6dof模型，仅y方向位移，振子的质量0.6kg，添加约束，位置0.015m，最小0m，最大0.015m。网格方法选择平滑和网格重构，平滑方法选择弹簧/laplace/边界层，网格重构选择局部单元，局部面，参数设置为默认，尺寸调整默认。时间步长0.0001s，迭代次数20次，步数2000步。测得弹簧振子装置中振子开度与流量的对应关系如图2。
18.步骤3，架设实验装置，测算弹簧振子处压力值：本发明模型装置图如图3所示，此装置模拟了管道中泄压阀工作时的工况，在振子的前端和后端分别加设了压力传感器。当短时间内管道中压力骤增时，振子打开，其前端压力传感器和后端压力传感器分别记录下此段时间内的压力值。通过前端的压力传感器所测压力值p1通过伯努利方程推算出弹簧振子处压力值p，通过后端压力传感器所测压力值p2同样通过伯努利方程对所推求的p值进行校核，得到弹簧振子处压力真实值p*。以此测得的压力值，解决了在极短的时间尺度内，所测值波动太大导致的数据真实性问题。
19.步骤4，验证管道内水压力与泄水流量的对应关系，为验证管道内压力与泄水流量有对应的变化关系，在弹簧振子打开，测量管道内水压力的同时，测量弹簧振子的位移（即开度）。利用弹簧振子开度所对应的流量关系，获得弹簧振子打开时流量随时间的变化关系，将其与管道水压力与时间的变化关系相对比。验证管道内水压力与流量是否存在对应的随时间变化的关系。
20.当管道内水压力从10kpa骤增为100kpa时，从图4中可得知，开度与流量存在明显的对应的关系，开度加大，流量增加，开度减小，流量减小，开度进行不稳定波动时，流量也随之进行波动，经过短暂的变化后达到稳定。流量的变化有一定的滞后性。
21.从图5中可以看出，压力的波动幅度远远高于流量波动幅度。但波动值始终围绕着某一值上下波动，在波动期间内的算术平均值仍然稳定。可以认为，压力与流量同样存在明显的对应关系。
22.从图6中可得知，管道内水压力从10kpa骤增为120kpa时，管道内水压力与流量的对应关系依旧存在。并且由于压力变化值升高，弹簧振子经由短暂的波动很快达到稳定，流量也随之很快达到稳定值。
23.从图7中可以看到，管道内流量几乎没有波动，只在弹簧振子开启时有短暂变化，压力值只在弹簧振子开启时短暂波动，且幅度明显变小。
24.可以得出，管道内水压力和泄水流量的波动，是由于弹簧振子的波动引起的，并且由于管道内水压力和泄水流量等参数是受弹簧振子的开度而二次影响的参数，加上在测量
误差等因素，波动幅度将会被放大。但当弹簧振子开度达到稳定时，管道内泄水流量和水压力也随之稳定，可以得到稳定的测量值。
25.上述说明仅仅是为清楚地说明本技术所作的举例，而并非是对本技术的实施方式的限定。凡是属于本技术的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围之列。

技术特征：
1.一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，根据泄压阀工作的基本原理，将其简化为弹簧振子装置加设在管道中，以模拟实际管网中的泄压阀；步骤2，推求弹簧振子开度x与流量q的对应关系式，测绘弹簧振子装置中弹簧振子开度与流量的对应关系图；步骤3，架设实验装置，并通过伯努利方程推算得到弹簧振子处压力真实值p*；步骤4，测算入口给定变化的压力条件不同时，弹簧振子开度x、管道内水压力p、泄水流量q随时间的变化关系，验证其变化关系相互间存在的联系性，同时对本发明的可行性进行进一步验证。2.如权利要求1所述的一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法，其特征在于：所述弹簧振子装置包括一两端开口的阀体，在阀体的出水口内设置有基座，在基座上连接有弹簧，弹簧内端安装有振子，所述振子为球体，其可顶触于阀体的进水口内端口处。3.如权利要求2所述的一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法，其特征在于：所述实验装置包括一通水的管道，在管道上开设有测量口，在测量口内安装有弹簧振子装置，弹簧振子装置的进水口与测量口导通。在管道的管壁上装设有前端压力传感器，在弹簧振子装置的阀体内装设有后端压力传感器。4.如权利要求3所述的一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法，其特征在于：当管道中压力正常时，振子的初始位置堵住阀体进水口，弹簧振子装置处于关闭状态，没有水流通过；当管道中压力增大时，振子发生位移，阀体的进水口打开，管道中一部分水流通过弹簧振子装置泄出，管道内水压降低。5.如权利要求1或4所述的一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法，其特征在于：步骤2中，根据水力学基本原理以及牛顿运动公式推导得出，振子位移与流量存在如下对应关系：其中，c1、c2为待定系数，e为自然常数，弹簧振子的运动状态由流体的密度ρ，流量q，振子的质量m，弹簧的弹性模量k，共同决定。6.如权利要求1或4所述的一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法，其特征在于：步骤3中，振子打开时，其前端压力传感器和后端压力传感器分别记录下此段时间内的压力值，通过前端的压力传感器所测压力值p1通过伯努利方程推算出弹簧振子处压力值p，通过后端压力传感器所测压力值p2同样通过伯努利方程对所推求的p值进行校核，得到弹簧振子出压力真实值p*。7.如权利要求1所述的一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法，其特征在于：步骤4中，为验证管道内压力与泄水流量有对应的变化关系，在振子打开，测量管道内水压力的同时，测量振子的开度，利用振子开度所对应的流量关系，获得振子打开时流量随时间的变化关系，将其与管道水压力与时间的变化关系相对比，验证管道内水压力与流量是否存在对应的随时间变化的关系。8.如权利要求7所述的一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法，其特征在于：管道内水压力和泄水流量的波动，是由弹簧振子的波动引发，当弹簧振子开度达到稳定时，管道内泄
水流量和水压力也随之稳定。

技术总结
本申请涉及一种泄压阀工作时泄水流量的测量方法，根据泄压阀工作的基本原理，将其简化为一弹簧振子装置加设在管道中，以模拟实际管网中的泄压阀装置；推求弹簧振子开度x与流量q的对应关系式，测绘装置中弹簧振子开度与流量的对应关系图；架设实验装置，得到弹簧振子出压力真实值p*；测算入口给定变化的压力条件不同时，弹簧振子开度x、管道内水压力p、泄水流量q随时间的变化关系，验证其变化关系相互间存在的联系性。本申请通过管网中泄压阀的工作原理，将弹簧振子的开度与流量关系相对应，把抽象化的流量数据转换成可视化的开度现象表示；针对在极短时间内检测值波动较大的问题，进行了滤波处理，保证了数据的稳定性和真实性。实性。实性。


技术研发人员：杨振东 金波
受保护的技术使用者：西安普特流体控制有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/8/28