教你如何计算排泥阀的操作力

在给排水构筑物设计中，排泥问题是经常遇到的。在许多情况下，排泥阀设于池底,利用池内静水压将积泥排除，以满足正常运行的要求。

对于这种排泥阀操作力的计算，给排水设计手册第九册提出了如下计算公式(9-34)(见图1)：

最大操作力，出现在开阀时

图1

F = P + Qmω+ W(公斤)

式中Qmω——外加密封力(公斤)；

W——阀板及螺杆的重量(公斤)；

P——介质压力作用

在阀板上面，启闭时对螺杆产生的轴向力(公斤)。

P=π/4(D+b)2γH/10(公斤)

D——泥阀口径(厘米)；

b——阀座密封面宽度(厘米)；

H——水深(米)；

γ——介质比重。

手册所提出的计算公式(9-34)不太全面，如图2所示，只有当排泥管中水位达到0-0位置时，使用公式( 9-34 )才是正确的。

在实际工程中，排泥管中往往是无水的，即使有水也不会是满管，要想使排泥管中水位达到0-0位置是不太现实的，此时使用公式(9-34)就不太合适了。原因是：当水位达到0-0位置时，在开启排泥阀时不产生射流；然而当水位低于0-0位置时，排泥阀刚被打开一点，这时过水断面很小，在静水压的作用下阀门处产生一股流速很大的水流。由于这股水流的出现而产生一个动水压力，这个力附加在阀板上，使阀门的操作力增大。这种力的存在和大小，在水力学上早已有明确的阐述。

图2

如图3，设轴线为NN的射流冲击到壁面AB再沿两个方向分流，这两个方向和原来的流动轴线成a1和a2的角度。令每秒流过的液体质量为m0，射流速度为u0，而分流射流的每秒质量及速度为m1、m2及u1、u2。在主流射流中引法向断面0-0，在分流射流中引法向断面1和2，即NN轴向射流对壁面的作用力等于各项动压力在NN轴向分力之和：

m0υ0-m1υ1cosa1-m2υ2cosa2=Rcosβ

式中R——壁面对射流的反作用力；

β——力的方向和轴线NN之间的夹角。

这个方程式中有三个未知数R、β、m1(因为m2=m0-m1)我们来讨论最简单的一种情况：射流对称地冲击垂 直于射流的平壁面上(见图4)，在这种情况下

m1=m2；a1=a2=90°；β=0；R=m0u0。

而射流作用于壁面上的冲击力

P=R=ρωυ02=γ/g-ωυ02

这个力还可以表示为以下形式：P=γ/g-ωυ02=2ωγ×υ02/2g=2ωγH

式中H=υ02/2g为射流的速度水头。

得出的表达式可以表述如下， 射流作用于平壁面上的动压力等于作用于此壁面上总水静压力的两倍，此总水静压力的作用面积等于射流的断面面积，而作用水头H等于射流的速度水头υ02/2g。实验证明，P力的实际数值为用公式计算的理论值的0.92-0.95倍。