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O型球閥開閉過程中流體變化分析

發布時間：2022-06-24

1．開啟時間對O型球閥內部流動的影響

圖1：閥門開啟過程壓力云圖變化規律

從圖1可以看出，當O型球閥開啟至20%開度時，閥前壓力很高，閥后壓力較低，閥門內部壓力變化較大的區域主要集中在閥芯的進口處和出口處。開啟時間對O型球閥內部壓力的分布影響不大，但對閥后的低壓區有很大的影響；開啟時間越短，閥后低壓區的壓力值越高；反之若開啟時間越長，閥后低壓區壓力值則越低，且低壓區發展越充分。一旦低壓區的壓力低于當地的飽和蒸氣壓時，就有可能產生空化，進而伴隨著汽蝕的產生，嚴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壓力值的下降，進而抑制O型球閥內部汽蝕的發生。

圖2：閥門開啟過程速度云圖變化規律

圖2為不同開啟時間工況下，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，閥芯進口和出口處的流速較大，大值達到5m/s，為管道內流體平均流速的10倍；閥芯中存在兩個漩渦區域，閥后也存在一個非常大的漩渦，這個渦幾乎充滿了整個閥后區域。

隨著閥門開度逐漸增加，O型球閥閥芯內的兩個漩渦逐漸減小，O型球閥閥后的漩渦也顯著減小，閥芯進口和出口的高速區域都往閥芯內部延伸，形成了貫穿閥芯的高速帶，閥門的流通能力也逐漸提高。當閥門開度為40%時，閥后的高速區集中在管壁處，會對管壁產生沖刷；而當O型球閥開啟至70%開度時，閥后高速流區發展至閥后管道中心處，流體對管壁的沖刷降低。隨著閥門開啟時間的增大，閥芯的高流速區域的速度略有增大。但是O型球閥開啟時間對計算區域內的流場分布影響很小。

2．開啟和關閉過程O型球閥內部流場對比分析

雖然從結構上看O型球閥的開啟過程與關閉過程是可逆的，但是由于內部流體的初始流場及O型球閥初始開度的不同，開啟和關閉過程的內部流動并不能實現可逆變化，因此，本節主要對O型球閥開啟和關閉時間為34s時，內部流場的差異性進行了分析。

圖3：球閥開啟和關閉過程壓力分布對北比

圖3為開啟和關閉過程O型球閥內部流體壓力分布圖。與前面所述的開啟過程剛好相反，在關閉過程，隨著閥門開度的減小，閥后形成類似后臺階結構，閥后的低壓區逐漸形成，并逐漸控制整個閥后段。對比分析O型球閥開啟和關閉過程可以看出，相同開度下，開啟過程和關閉過程的壓力分布基本相同，但是開啟過程的閥后壓力比關閉過程閥后壓力略高。

圖4：球閥開啟和關閉過程中20%至80%開度的速度流線圖

圖4所示為O型球閥開啟和關閉過程速度分布及渦流結構隨開度的變化規律。關閉過程，閥門內部速度分布和渦流分布的變化規律同樣與開啟過程完全相反。隨著閥門開度減小，閥芯內部的漩渦形成并逐漸增大，在閥芯處出現高速流帶。隨著閥門的關閉，流體流速降低，并在一定開度下斷裂成閥芯出口和進口兩個高速流帶。通過開啟和關閉過程的對比可以發現，無論是開啟還是關閉到某一開度，流場內的速度分布基本相同，但是關閉過程的速度略高于開啟過程的速度。

圖5：上海川滬閥門球閥

上海川滬閥門經過多年的發展，形成了全鏈條O型球閥生產裝備，可以根據客戶要求，生產出手動球閥、電動球閥、氣動球閥、液動球閥等，廣泛的應用在化工、制藥、水處理等場合。

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