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O型球阀开闭过程中流体变化分析

发布时间：2022-06-24

1．开启时间对O型球阀内部流动的影响

图1：阀门开启过程压力云图变化规律

从图1可以看出，当O型球阀开启至20%开度时，阀前压力很高，阀后压力较低，阀门内部压力变化较大的区域主要集中在阀芯的进口处和出口处。开启时间对O型球阀内部压力的分布影响不大，但对阀后的低压区有很大的影响；开启时间越短，阀后低压区的压力值越高；反之若开启时间越长，阀后低压区压力值则越低，且低压区发展越充分。一旦低压区的压力低于当地的饱和蒸气压时，就有可能产生空化，进而伴随着汽蚀的产生，严重影响阀门的正常使用。因此，加快O型球阀的开启速度，能够阻碍阀后低压区压力值的下降，进而抑制O型球阀内部汽蚀的发生。

图2：阀门开启过程速度云图变化规律

图2为不同开启时间工况下，20%、40%和70%阀门开度的速度分布云图。从图中可以看出，在阀门开启到20%时，阀芯进口和出口处的流速较大，大值达到5m/s，为管道内流体平均流速的10倍；阀芯中存在两个漩涡区域，阀后也存在一个非常大的漩涡，这个涡几乎充满了整个阀后区域。

随着阀门开度逐渐增加，O型球阀阀芯内的两个漩涡逐渐减小，O型球阀阀后的漩涡也显著减小，阀芯进口和出口的高速区域都往阀芯内部延伸，形成了贯穿阀芯的高速带，阀门的流通能力也逐渐提高。当阀门开度为40%时，阀后的高速区集中在管壁处，会对管壁产生冲刷；而当O型球阀开启至70%开度时，阀后高速流区发展至阀后管道中心处，流体对管壁的冲刷降低。随着阀门开启时间的增大，阀芯的高流速区域的速度略有增大。但是O型球阀开启时间对计算区域内的流场分布影响很小。

2．开启和关闭过程O型球阀内部流场对比分析

虽然从结构上看O型球阀的开启过程与关闭过程是可逆的，但是由于内部流体的初始流场及O型球阀初始开度的不同，开启和关闭过程的内部流动并不能实现可逆变化，因此，本节主要对O型球阀开启和关闭时间为34s时，内部流场的差异性进行了分析。

图3：球阀开启和关闭过程压力分布对北比

图3为开启和关闭过程O型球阀内部流体压力分布图。与前面所述的开启过程刚好相反，在关闭过程，随着阀门开度的减小，阀后形成类似后台阶结构，阀后的低压区逐渐形成，并逐渐控制整个阀后段。对比分析O型球阀开启和关闭过程可以看出，相同开度下，开启过程和关闭过程的压力分布基本相同，但是开启过程的阀后压力比关闭过程阀后压力略高。

图4：球阀开启和关闭过程中20%至80%开度的速度流线图

图4所示为O型球阀开启和关闭过程速度分布及涡流结构随开度的变化规律。关闭过程，阀门内部速度分布和涡流分布的变化规律同样与开启过程完全相反。随着阀门开度减小，阀芯内部的漩涡形成并逐渐增大，在阀芯处出现高速流带。随着阀门的关闭，流体流速降低，并在一定开度下断裂成阀芯出口和进口两个高速流带。通过开启和关闭过程的对比可以发现，无论是开启还是关闭到某一开度，流场内的速度分布基本相同，但是关闭过程的速度略高于开启过程的速度。

图5：上海川沪阀门球阀

上海川沪阀门经过多年的发展，形成了全链条O型球阀生产装备，可以根据客户要求，生产出手动球阀、电动球阀、气动球阀、液动球阀等，广泛的应用在化工、制药、水处理等场合。

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