1 概述
在柱塞式調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)中，閥瓣的型面設(shè)計(jì)與繪制直接影響調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性。首先以客戶提供的管道需求流量、閥前后壓降、介質(zhì)工況、管道情況等已知條件選擇調(diào)節(jié)閥的類型，再依據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T17213.2－2005）計(jì)算與確定選用閥門的流量系數(shù)CV。再以GB/T17213.2附錄A的提示，可確定出單流路的縮流斷面的總面積和各行程的環(huán)形流路的內(nèi)徑，但繪制閥瓣型面的計(jì)算量很大，手工完成繪制比較費(fèi)工費(fèi)時(shí)。本文提出根據(jù)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性和流體力學(xué)原理建立數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)完成閥瓣型面繪制的一種方法，以減少調(diào)節(jié)特性的偏差和縮短設(shè)計(jì)與制造周期。
2 依據(jù)
根據(jù)伯努利方程和連續(xù)性方程得出不可壓縮流體的體積流量方程式，即
（1）
式中 Qv———流量，m3/min
C———流出系數(shù)，節(jié)流裝置幾何相似并在相同雷諾數(shù)下則其值相同
β———等效節(jié)流流路直徑與管道橫截面內(nèi)直徑之比
A———等效節(jié)流流路的面積，mm2
ρ1———入口端的介質(zhì)平均密度，lb/ft3
ΔP———閥前后壓降值，psi
為了簡化計(jì)算，忽略紊流狀態(tài)下的C值微小變化，調(diào)節(jié)閥的體積流量Qv與A的關(guān)系為
（2）
式中 Q0———最大的體積流量，USgal/min
A0———單流路的節(jié)流斷面的總面積（見GB/T17213.2－2005），mm2
（3）
β0———最大等效節(jié)流流路直徑與管道橫截面內(nèi)直徑之比
f（h%，R）———流量特性函數(shù)
因此等效節(jié)流流路的面積A是由閥瓣開度與可調(diào)比及A0組成的函數(shù)，即
（4）
式中 h%———閥瓣開度，mm
R———可調(diào)比
ADN———管道橫截面積，mm2
可推導(dǎo)出線性流量特性時(shí)Ax和等百分比流量特性時(shí)Ab為
（5）
（6）
3 幾何模型的建立
確定閥門流量系數(shù)CV值后按式（3）計(jì)算出A0，然后根據(jù)式（4）針對(duì)閥瓣某一閥瓣開度h%時(shí)計(jì)算出調(diào)節(jié)閥的閥瓣型面所形成的等效節(jié)流流路的面積A。按照?qǐng)D1所示閥座密封點(diǎn)處畫出一條射線段使其與水平夾角為θ，長度為r。假設(shè)此點(diǎn)剛好為此閥瓣開度h%時(shí)閥瓣型面上的點(diǎn)，即此射線段所形成的圓臺(tái)側(cè)面積與A值一樣，即有
（7）
式中 D0———閥座口直徑，mm
1.一條包絡(luò)線2.閥座3.閥瓣4.閥瓣型面
圖1 幾何模型原理
對(duì)于某一開度h%和節(jié)流流路面積A，當(dāng)夾角θ從0°～90°進(jìn)行遍歷（為保證精度取18個(gè)點(diǎn)），按式（7）計(jì)算出對(duì)應(yīng)的r值所形成的射線段端點(diǎn)的集合即為閥瓣型面在此開度的一個(gè)包絡(luò)線。以此類推，當(dāng)閥瓣開度從0%～100%進(jìn)行遍歷（為保證精度，取20條包絡(luò)線）就形成一組包絡(luò)線集合。在CAD中用一折線（或曲線）按從0%～100%的順序?qū)γ總€(gè)包絡(luò)線進(jìn)行相切，即形成閥瓣型面圖樣。
4 繪制過程流程圖
閥瓣繪制過程如圖2所示，按照此法繪制的閥瓣圖樣與測繪的多種產(chǎn)品相比，差別很小。
圖2 閥瓣繪制過程
5 結(jié)語
在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥的閥瓣型面時(shí)，根據(jù)不可壓縮流體流量方程式并充分理解調(diào)節(jié)特性和流量系數(shù)的含義，按照幾何模型的推演和依托計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，對(duì)閥門的設(shè)計(jì)效率提高提供了一種可靠的方法。應(yīng)當(dāng)指出，任何新閥門的設(shè)計(jì)最終必須通過實(shí)際的驗(yàn)證才能證明其性能的準(zhǔn)確性和可靠性。
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