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O型球閥開閉過(guò)程中流體變化分析

發(fā)布時(shí)間：2022-06-24

1．開啟時(shí)間對(duì)O型球閥內(nèi)部流動(dòng)的影響

圖1：閥門開啟過(guò)程壓力云圖變化規(guī)律

從圖1可以看出，當(dāng)O型球閥開啟至20%開度時(shí)，閥前壓力很高，閥后壓力較低，閥門內(nèi)部壓力變化較大的區(qū)域主要集中在閥芯的進(jìn)口處和出口處。開啟時(shí)間對(duì)O型球閥內(nèi)部壓力的分布影響不大，但對(duì)閥后的低壓區(qū)有很大的影響；開啟時(shí)間越短，閥后低壓區(qū)的壓力值越高；反之若開啟時(shí)間越長(zhǎng)，閥后低壓區(qū)壓力值則越低，且低壓區(qū)發(fā)展越充分。一旦低壓區(qū)的壓力低于當(dāng)?shù)氐娘柡驼魵鈮簳r(shí)，就有可能產(chǎn)生空化，進(jìn)而伴隨著汽蝕的產(chǎn)生，嚴(yán)重影響閥門的正常使用。因此，加快O型球閥的開啟速度，能夠阻礙閥后低壓區(qū)壓力值的下降，進(jìn)而抑制O型球閥內(nèi)部汽蝕的發(fā)生。

圖2：閥門開啟過(guò)程速度云圖變化規(guī)律

圖2為不同開啟時(shí)間工況下，20%、40%和70%閥門開度的速度分布云圖。從圖中可以看出，在閥門開啟到20%時(shí)，閥芯進(jìn)口和出口處的流速較大，大值達(dá)到5m/s，為管道內(nèi)流體平均流速的10倍；閥芯中存在兩個(gè)漩渦區(qū)域，閥后也存在一個(gè)非常大的漩渦，這個(gè)渦幾乎充滿了整個(gè)閥后區(qū)域。

隨著閥門開度逐漸增加，O型球閥閥芯內(nèi)的兩個(gè)漩渦逐漸減小，O型球閥閥后的漩渦也顯著減小，閥芯進(jìn)口和出口的高速區(qū)域都往閥芯內(nèi)部延伸，形成了貫穿閥芯的高速帶，閥門的流通能力也逐漸提高。當(dāng)閥門開度為40%時(shí)，閥后的高速區(qū)集中在管壁處，會(huì)對(duì)管壁產(chǎn)生沖刷；而當(dāng)O型球閥開啟至70%開度時(shí)，閥后高速流區(qū)發(fā)展至閥后管道中心處，流體對(duì)管壁的沖刷降低。隨著閥門開啟時(shí)間的增大，閥芯的高流速區(qū)域的速度略有增大。但是O型球閥開啟時(shí)間對(duì)計(jì)算區(qū)域內(nèi)的流場(chǎng)分布影響很小。

2．開啟和關(guān)閉過(guò)程O型球閥內(nèi)部流場(chǎng)對(duì)比分析

雖然從結(jié)構(gòu)上看O型球閥的開啟過(guò)程與關(guān)閉過(guò)程是可逆的，但是由于內(nèi)部流體的初始流場(chǎng)及O型球閥初始開度的不同，開啟和關(guān)閉過(guò)程的內(nèi)部流動(dòng)并不能實(shí)現(xiàn)可逆變化，因此，本節(jié)主要對(duì)O型球閥開啟和關(guān)閉時(shí)間為34s時(shí)，內(nèi)部流場(chǎng)的差異性進(jìn)行了分析。

圖3：球閥開啟和關(guān)閉過(guò)程壓力分布對(duì)北比

圖3為開啟和關(guān)閉過(guò)程O型球閥內(nèi)部流體壓力分布圖。與前面所述的開啟過(guò)程剛好相反，在關(guān)閉過(guò)程，隨著閥門開度的減小，閥后形成類似后臺(tái)階結(jié)構(gòu)，閥后的低壓區(qū)逐漸形成，并逐漸控制整個(gè)閥后段。對(duì)比分析O型球閥開啟和關(guān)閉過(guò)程可以看出，相同開度下，開啟過(guò)程和關(guān)閉過(guò)程的壓力分布基本相同，但是開啟過(guò)程的閥后壓力比關(guān)閉過(guò)程閥后壓力略高。

圖4：球閥開啟和關(guān)閉過(guò)程中20%至80%開度的速度流線圖

圖4所示為O型球閥開啟和關(guān)閉過(guò)程速度分布及渦流結(jié)構(gòu)隨開度的變化規(guī)律。關(guān)閉過(guò)程，閥門內(nèi)部速度分布和渦流分布的變化規(guī)律同樣與開啟過(guò)程完全相反。隨著閥門開度減小，閥芯內(nèi)部的漩渦形成并逐漸增大，在閥芯處出現(xiàn)高速流帶。隨著閥門的關(guān)閉，流體流速降低，并在一定開度下斷裂成閥芯出口和進(jìn)口兩個(gè)高速流帶。通過(guò)開啟和關(guān)閉過(guò)程的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是開啟還是關(guān)閉到某一開度，流場(chǎng)內(nèi)的速度分布基本相同，但是關(guān)閉過(guò)程的速度略高于開啟過(guò)程的速度。

圖5：上海川滬閥門球閥

上海川滬閥門經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，形成了全鏈條O型球閥生產(chǎn)裝備，可以根據(jù)客戶要求，生產(chǎn)出手動(dòng)球閥、電動(dòng)球閥、氣動(dòng)球閥、液動(dòng)球閥等，廣泛的應(yīng)用在化工、制藥、水處理等場(chǎng)合。

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