之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍多喷孔套筒式调流阀设计活塞阀采用不同出口部件，其临界汽蚀（氙）变化曲线如图23-58所示。按式（23-6)计算的5值在图23-58的乳曲线下方时，说明出现汽蚀，这时应改变压力值或更换出口部件类型。当5值在曲线上方时，汽蚀不明显，若有噪声则是因为其他原因造成。

(1) 多喷孔套筒式调流阀设计概述

多喷孔调节阀，又称套筒式调节阀，它分轴流式、淹没式及Y形直列式。图23-59所示为多喷孔轴流式调节阀。 对于管道水击，理想的水击控制多喷孔套筒式调流阀特性是使流量随开度y线性变化，这时关闭调流阀引起的水击压力升高小。本文推导得到理想调流阀无量纲阀门流量系数S与开度y和管路特性之间的解析计算公式，计算研究了理想调流阀水击控制的效果，提出了具体的实施方法。

多喷孔套筒式调流阀的诞生已经有40年的历史(Miller，1969;Burg，1977)，目前在输水工程中获得广泛应用。多喷孔套筒式调流阀有如下优点：(1)可以在高压差环境下，长期无气蚀运行;(2)可以全程(由全开到全关)调流调压，调流精度高，一般为过流量的±0.5%;(3)无危害性噪音和振动，用于清水时，可以长期*运行，使用寿命长达30～50年;(4)可以采用电力、液压等多种方式驱动，既可以现场操作，也可以远方控制;(5)消能、减压范围广，能适应上游水头的不断变化。

现有多喷孔套筒式调流阀无量纲阀门流量系数S和开度y特性曲线是线性的，或者上凸的，的研究表明，对中高水头、长距离、大流量管道输水工程，现有调流阀特性的设计存在水击过程控制困难的问题，其原因是在大开度时，流量随开度y的减小改变不大，使得流量的改变集中在小开度，导致水击压力过大，或者关闭时间太长而无法实施。为此，2009年笔者针对一个实际工程研究了适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀，并被工程设计采用。

多喷孔套筒式调流阀设计现在的问题是，应该依据什么设计适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀?设计原理、方法、性能如何评估?

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀对于管道水击，理想的水击控制多喷孔套筒式调流阀，简称为理想调流阀，特性是使流量随开度y线性变化，这时关闭阀门时的水压与关闭时间成正比，在相同的线性关闭时间，调流阀引起的水击压力升高小。

本文将首先研究理想调流阀设计原理，然后通过计算研究理想调流阀水击控制的效果。

1、理想调流阀设计原理
调流阀进出口水头损失可描述为

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
式中，ΔH为调流阀的水头损失;Q为通过调流阀的水流流速;A为截面积;ζ为阀门局部阻力系数;g为重力加速度。

式(1)可以改写为

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
式中，ΔHr为调流阀全开，即y=1.0时的调流阀的水头损失，其中下标r表示调流阀全开;q=Q/Qr

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
为无量纲阀门流量系数。

多喷孔套筒式调流阀设计图1为输水工程示意图。

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
图1 输水工程示意(高程单位：m)

参考图1，管道上游水池与下游水库的伯努利能量方程为

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
式中，z1为上游水池水面高程;z2为下游水库水面高程;S为管道阻抗系数。上式右边第三项表示线路水头损失。

将式(2)代入得

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
式中，Δz=z1-z2。

由于阀门全开时 τ =1和Q=Qr，从式(4)可得

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
当假设流量Q随阀门开度y线性变化时，有

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
将式(5)和式(6)关系代入式(4)可得

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
整理得

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
式(7)就是理想水击控制调流阀τ与y的关系。换句话说，只要满足式(7)条件，流量就随阀门开度线性变化。图2示出了理想调流阀无量纲阀门流量系数S与阀门开度y的关系曲线。显然，理想调流阀特性曲线是下凹型。

(2)    特性

噪声小、振动小；具有耐汽蚀性能，具有流量、 压力调节特性；有防堵塞及清、排杂物措施；可自动跟踪调节阀后压力、流量。

(3)    应用场合

本阀应用于自来水、引水、水电站、循环水等工程管路上或末端，作为压力调节阀、流量调节阀或放水流通过小孔对撞于阀门的中心线上，径向流速急速降低，在喷管的中央形成细小的紊流区，水内部的剧烈碰撞和摩擦，消除了大部分的能量。该阀在消能的同时消除了汽蚀的产生，关键在于喷孔的孔形采用锥孔而不是直孔，水流在锥孔与直孔中的流态如图 23-61所示。

(4)调流原理

阀门上游侧管道中的水，从套筒外部经过节流孔喷向内部，再流向阀门下游侧。由于喷出的水流在水中消能，同时使流体在离开阀壁后产生的汽蚀在水中消除，从而使该阀兼备优良的消能（减压）效果和耐汽蚀性。流量或压差的调节是通过执行机构带动套筒 闸在喷管上滑动，从而使套管上参与工作的节流孔的个数增加或减少来进行调节的。

该阀是利用多束水流中心对撞来减压消能的，小孔对称分布于喷管的壁上，如图23-60所示。因为直孔流态，压力恢复在喷孔内，气泡在喷孔内破裂，汽蚀会损坏喷孔，产生噪声与振动，严重时危及套筒本体，影响阀门寿命；锥孔W流态不断加速，水流速快的部位在喷孔外，从而减少振动，避免对喷孔产生汽蚀。此阀门能在用户给定的：大工

作流量Qmax、小工作流量Qnin、大工作压力差 AHn.x,小工作压差四条指标线围成的区域内，通过调节阀门开度，达到工程需要的任意一个压差和流量Q。

多喷孔套筒式调流阀设计原理阀门任一开度下流量与压差的关系符合如下公式：

Kv=Q(忐)1/2    (23_7)

式中Kv——阀门在某开度下的流量系数（制造厂提供)；

Q    介质（水）流量，m3/h;

p^介质相对密度，对于水，取^二：^

AH一阀前后压差，bar。

(5)具有防堵塞及清、排杂物措施

①由于该阀采用多小孔射流来减缓汽蚀，对于水中有草、杂物的情况是容易出现封堵故障的；

②本阀在底部设有排污阀和排污管接口来清排杂物；

③滑动套筒前端为硬质合金刀口状，能剪断和刮下附在网孔套筒上的杂物，通过排污口排除；

④本阀门设有排污人孔或手孔盖，可人工清排杂物；

⑤套筒上的节流孔直径根据水质及调节精度合理选取，使不太大的杂物直接通过网孔排向下游；

⑥本阀门具有反冲洗功能，能配合排污阀反冲洗排污。
山西省引黄北干线倒虹线路如图3所示，依靠重力输水。倒虹进口桩号为43755.64，管道中心高程为1242.80m。设置在线式多喷孔套筒式调流阀1，按2台工作1台备用考虑，单阀过流量按4.2m3/s设计，桩号为56520m，管道中心高程为1115.4m。倒虹出口处桩号为118 009.67，管道中心高程为1117.5m，设置球型阀2，后接水库，水库设计水位为1118.8m。线路全长74.25km，采用内径2.2m的PCCP输水。

计算条件：倒虹吸管进口水位1247.3m，出口水库水位1118.8m;管道糙率n=0.012;调流阀采用线性关闭。

初始条件：在线调流阀1和球型阀2全开，相对开度y=1.0，流量8.4m3/s。研究表明，采用原来厂家提供的多喷孔套筒式调流阀，即使调流阀线性关闭时间为1500s，阀前水压也高达149m水头，见图4，其中球型阀开度保持不变。

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理图4 原厂家调流阀关闭水击过渡过程当用理想控制调流阀代替原来的调流阀，将本工程参数Δz=128.5m、ΔHr=4.9m代入式(7)得

多喷孔套筒式调流阀设计原理适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
据此可绘出如图5所示理想调流阀特性曲线。当理想调流阀线性关闭时间分别为200s、400s，则采用水击特征线方法计算(杨开林，2000)可得图6、图7所示水击过渡过程曲线，y1和q1分别是调流阀的相对开度和流量。

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
图5 理想水击控制调流阀特性曲线

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
图6 理想调流阀关闭过渡过程

从图6和图7可得下述结论：(1)受水击压力的作用，流量与阀门开度近似成线性关系;(2)阀前水压随关闭时间的增加显著减小;(3)在同样的阀前水压条件下，采用理想调流阀可以显著缩短线性关闭时间。比较图4和图6，虽然理想调流阀线性关闭时间由原来厂家调流阀的1500s减少到200s，但是两者阀前水压几乎相同。

3、多喷孔套筒式调流阀设计原理适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计
综上所述，理想调流阀改善管道水击控制效果非常显著。同时需要指出的是，由于理想调流阀流量与开度是线性正比关系，所以它也可以提高正常输水流量控制的精度。

适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀设计原理
图7 理想调流阀关闭过渡过程

在理论上，制造厂可以通过设计阀标称直径以及阀体上喷孔的大小及沿周向和轴向的分布规律生产出理想调流阀，但是，在高水头、大流量条件下，可能会大大增加调流阀阀体尺寸和生产成本。在这种情况下，可以采用折衷的办法，生产实用的适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀。其原则是：无量纲阀门流量系数S与阀门开度y特性曲线必须是下凹曲线或者折线，一般说来，设计的S与y曲线越接近理想调流阀越好。

4、多喷孔套筒式调流阀设计原理结语
对于管道水击，理想的水击控制多喷孔套筒式调流阀特性是使流量随开度y线性变化，这时关闭阀门时的水压与关闭时间成正比，在相同的线性关闭时间，调流阀引起的水击压力升高小。

本文解析推导得到设计理想调流阀无量纲阀门流量系数S与阀门开度y的计算公式，证明理想调流阀特性曲线是下凹形。理想调流阀不仅能够显著提高管道水击控制效果，而且可以提高正常输水流量控制的精度。

多喷孔套筒式调流阀设计原理制造厂可以通过设计阀标称直径以及阀体上喷孔的大小及沿周向和轴向的分布规律生成理想调流阀，也可以采用折衷的办法，生产实用的适应水击控制的多喷孔套筒式调流阀。其原则是：无量纲阀门流量系数S与阀门开度y特性曲线必须是下凹曲线或者折线，一般说来，设计的S与y曲线越接近理想调流阀越好。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀