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球閥流體動力學(xué)特性分析

發(fā)布時間：2022-05-26

球閥是一種常見的閥門，具有結(jié)構(gòu)緊湊、易操作和易維修等特點，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，廣泛應(yīng)用在石油、化工、煤炭、造紙、制藥、水利、電力等行業(yè)，在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位。本文主要以用于開關(guān)控制的普通球閥和用于調(diào)節(jié)控制的V型球閥為對象，對閥門在單相調(diào)控過程中的流體動力學(xué)特性進行實驗和數(shù)值分析。

1.球閥啟閉過程動態(tài)流體動力學(xué)特性

普通球閥在使用中一般都作為開關(guān)閥門，在開關(guān)過程中閥門的內(nèi)部流動將急劇變化，這將對閥門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口徑的浮動式球閥為對象，對其瞬態(tài)開關(guān)過程的動態(tài)流體動力學(xué)特性進行研究。

2.球閥三維模型

浮動式球閥是一種使用較多的球閥類型。該球閥的球體由兩個閥座支撐，在介質(zhì)壓力的作用下，球體會產(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的浮動式球閥結(jié)構(gòu)如下圖所示。

浮動式球閥結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)球閥的實際尺寸，利用三維建模軟件UG對球閥內(nèi)部流道進行三維實體建模。為了保證閥前來流和閥后流動充分發(fā)展，將閥前流道長度設(shè)為5倍的閥門直徑，閥后流道長度設(shè)為10倍的閥門直徑。如圖為球閥全開工況下內(nèi)部流道計算區(qū)域的三維示意圖。該區(qū)域可以分為4個部分：閥前流道、閥芯流道、閥后流道及閥腔間隙。

球閥全開情況下內(nèi)部流道計算區(qū)域的三維示意圖

3.閥門特性實驗

閥門特性實驗系統(tǒng)為閉式循環(huán)系統(tǒng)，主要由水箱、變頻泵、循環(huán)管道和待測閥門等部分組成，如下圖所示。為保證流量和壓力采集的準確性，流量計安裝位置與待測閥門的距離為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。本章主要開展不同啟閉時間下（18s，23s，34s，45s和70s）的閥門特性實驗。

閥門性能測試系統(tǒng)示意圖

上海川滬閥門性能實驗系統(tǒng)實物圖

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