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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

阀门开启过程压力云图变化规律

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。

阀门开启过程速度云图变化规律

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,最大值达到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。

球阀开启和关闭过程压力分布对北比

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。

球阀开启和关闭过程中20%至80%开度的速度流线图

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。

上海川沪阀门球阀

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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