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球閥流體動(dòng)力學(xué)特性分析

發(fā)布時(shí)間：2022-05-26

球閥是一種常見(jiàn)的閥門(mén)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、易操作和易維修等特點(diǎn)，既適用于一般工作介質(zhì)，也適用于苛刻工況的介質(zhì)。它是一種重要的閥類(lèi)，廣泛應(yīng)用在石油、化工、煤炭、造紙、制藥、水利、電力等行業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。本文主要以用于開(kāi)關(guān)控制的普通球閥和用于調(diào)節(jié)控制的V型球閥為對(duì)象，對(duì)閥門(mén)在單相調(diào)控過(guò)程中的流體動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析。

1.球閥啟閉過(guò)程動(dòng)態(tài)流體動(dòng)力學(xué)特性

普通球閥在使用中一般都作為開(kāi)關(guān)閥門(mén)，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中閥門(mén)的內(nèi)部流動(dòng)將急劇變化，這將對(duì)閥門(mén)的可靠性和管道系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響。因此，本章主要以DN50口徑的浮動(dòng)式球閥為對(duì)象，對(duì)其瞬態(tài)開(kāi)關(guān)過(guò)程的動(dòng)態(tài)流體動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究。

2.球閥三維模型

浮動(dòng)式球閥是一種使用較多的球閥類(lèi)型。該球閥的球體由兩個(gè)閥座支撐，在介質(zhì)壓力的作用下，球體會(huì)產(chǎn)生一定的位移量，壓緊閥座密封圈，保證出口處密封性能良好。DN50的浮動(dòng)式球閥結(jié)構(gòu)如下圖所示。

浮動(dòng)式球閥結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)球閥的實(shí)際尺寸，利用三維建模軟件UG對(duì)球閥內(nèi)部流道進(jìn)行三維實(shí)體建模。為了保證閥前來(lái)流和閥后流動(dòng)充分發(fā)展，將閥前流道長(zhǎng)度設(shè)為5倍的閥門(mén)直徑，閥后流道長(zhǎng)度設(shè)為10倍的閥門(mén)直徑。如圖為球閥全開(kāi)工況下內(nèi)部流道計(jì)算區(qū)域的三維示意圖。該區(qū)域可以分為4個(gè)部分：閥前流道、閥芯流道、閥后流道及閥腔間隙。

球閥全開(kāi)情況下內(nèi)部流道計(jì)算區(qū)域的三維示意圖

3.閥門(mén)特性實(shí)驗(yàn)

閥門(mén)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為閉式循環(huán)系統(tǒng)，主要由水箱、變頻泵、循環(huán)管道和待測(cè)閥門(mén)等部分組成，如下圖所示。為保證流量和壓力采集的準(zhǔn)確性，流量計(jì)安裝位置與待測(cè)閥門(mén)的距離為20D（D為管道直徑），閥前壓力傳感器安裝在5D處，閥后壓力傳感器安裝在10D處。本章主要開(kāi)展不同啟閉時(shí)間下（18s，23s，34s，45s和70s）的閥門(mén)特性實(shí)驗(yàn)。

閥門(mén)性能測(cè)試系統(tǒng)示意圖

上海川滬閥門(mén)性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖

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