高压差迷宫式调节阀流场数值模拟与流量特性研究.docx

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1、高压差迷宫式调节阀流场数值模拟与流量特性研究郝娇山（重庆川仪调节阀有限公司重庆400700）摘要：介绍了一种特殊阀门的多级降压原理，使用Solidworks软件建立流道三维模型，并用网格划分软件对模型进行离散化处理，按实际工况参数设定边界条件，通过CFD有限元分析软件对阀门内部流场进行数值模拟计算，分析可视化计算结果，提出迷宫盘片上流路设计的相关理论，拟合阀门在不同开度下的流量特性曲线，为迷宫阀设计提供重要的理论参考。关键词：迷宫式调节阀；多级降压；数值模拟；流场；流量特性Abstract:Introducedaprincipleaboutas

2、pecialkindofMulti-stagedecompressionvalve；usingtheSolidworkssoftwaretoestablish3dmodelesofflowpath,anddiscretizeitusethediscretizationsoftware,accordingtotheactualworkingconditionparametersettingboundaryconditions,doitaboutthevalveinteriorflowfieldnumericalsimulationusingthe

3、fCFDsoftware,analysisthevisualresults,areputforwardtheoryaboutthedesignoflabyrinthdisconflow,Fittingflowcharacteristiccurveindifferentdegreesofvalve,whichprovideimportanttheoreticalreferenceforlabyrinthvalvedesign.Keywords:Labyrinthcontrolvalve;Multi-stagedecompression;Numer

4、icalsimulation;Flowfield;Flowcharacteristics中图分类号：TH134文献标识码：A文章编号：1001-9227（2013）05-0040-040引言调节阀在工业介质输送中起调节介质流量与压力的作用，是现代工业自动化系统中确保各种工艺设备正常工作的重要装置。其中，高压差调节阀更是大型火力发电站、石油化工等高压工程的关键配套设备之一。如，火力发电是由锅炉产生的高温高压蒸汽驱动气轮机运转发电，其发电量的大小主要通过主给水调节阀控制锅炉的给水量来实现。由于发动机组从启动到额定负荷运行过程中，锅炉的压力从很低逐渐

5、升至额定值。因此，主给水调节阀的阀前阀后压差渐渐减小。这不仅要求阀门在低开度时能承受较高压差介质的控制，还要保证阀门高开度时能有较好的流通能力。针对以上工况，一些电厂所用的高压差控制阀为多级套筒降压阀，也在一定程度上解决了闪蒸、噪音等问题。然而，在诸多超临界机组里，介质流速较高，当过高流速的介质流过阀内件，便会是整个阀门发生气蚀、冲刷、高噪音及管道振动。虽然通过选用更高强度和耐磨性的材料能在一定程度上延长了阀门使用时间，但这不仅增加了成本，也不能从实质上解决问题。诸如此类问题的存在，会直接影响着调节阀的工作性能、安静性能等重要使用指标，严重时甚

6、至会造成阀门本身和邻近管路及设备的疲劳破坏。如图1所示，是某电站锅炉给水阀阀芯受损照片。阀芯密封面已腐蚀图1某电站2号炉给水调节阀阀芯受损照片进行特殊工况下调节阀的结构性能研究和故障分析，在国外很多阀门企业早已运用CFD数值模拟方法进行设计方案预选，再结合实际实验与现场反馈信息，积累了大量经验数据，为恶劣工况下阀门的研发提供重要理论参考。目前，国内很多自动化工程中关键部位的阀门基本是采购进口，这势必对国内阀门企业带来巨大的竞争压力。由此可见，CFD方法不仅在阀门设计和理论研究中有着重要的意义，而且对国内阀门市场未来主导地位有着深远的影响。1迷宫

7、阀结构及降压原理1.1迷宫阀结构迷宫式调节阀主要由执行器和阀体部件组成，执行器提供动力，主要用来克服介质压力和提供阀门紧密关闭时的压力，可根据客户现场需求，选用电动、气动或电液执行器，阀体部件主要由阀体1、阀座2、节流组件3、导向环4、阀芯部件5、上阀盖6等零件组成，如图1所示。其中，阀体、上阀盖等都是通用性零件，可与普通高压阀互换；阀座采用快换式阀座，为阀门在线维修提供便捷；其流量特性可按实际工况设计成线性或对数，可实现精确地流量控制。结构图如图2所示：图2高压差迷宫式调节阀结构图1.2迷宫阀降压原理对于液体介质，当介质压力低于其饱和蒸汽压时

8、，不仅产生阻塞流，还导致闪蒸现象的发生。根据流体力学相关理论，当高压介质流经某一阻力元件后，静压能与动压能相互转换，流速的增加会致使压力降低。因此，增