一种新型流量平衡阀的数值模拟和实验研究

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1、·6·工业仪表与自动化装置2012年第6期一种新型流量平衡阀的数值模拟和实验研究王悦(中国石化扬子石油化工有限公司电仪分公司，南京210048)摘要：设计了一种具有机械结构简单、通流能力强、流量控制精度高的大口径自力式流量平衡阀模型，采用标准一湍流模型和SIMPLE算法对模型在不同阀芯位移下的流动特性进行了数值模拟，且搭建高精度动态流量平衡阀流量压差特性实验平台对设计的恒流量平衡阀实物模型进行了实验研究，结果表明该平衡阀具有低能耗和精度高的特点。关键词：水力失调；节能；动态流量平衡阀；数值分析；实验研究；阀芯曲线

2、中图分类号：TH137．522文献标志码：A文章编号：1000—0682(2012)06—0006—04ThenumericalsimulationandexperimentalresearchofanewflowbalancevalveWANGYue(SinopecYangziPetrochemicalCompanyLtd．，Nanjing210048，China)Abstract：Thisarticledesignsadynamicflowcontrolvalve。whichpossesssimplemech

3、anicalstruc—ture，strongflowcapacityandhigh-precisionflowcontro1．Alotofthree-dimensionalnumericalsimula—tionsaremadeonthenewbalancevalveunderthedifferentdisplacementofthevalvecorebyusingtheturbulencemodelandSIMPLEalgorithm．Anexperimentplatformissetuptoverifyth

4、eresultsofnumeri—calsimulations．Theresultsshowthatthenewbalancevalvepossessesthecharacteristicoflowenergyconsumptionandhighprecision．Keywords：hydraulicimbalance；energysaving；dynamicflowbalancevalve；numericalanalysis；experimentalresearch；spoolcurve2-r0引言tg："rr

5、~p[(r42-／1)(r2动态流量平衡阀亦称自力式流量控制阀，它在l。)2JI㈩工作压差范围内，可以有效地控制通过的流量保持其中：肛为动力黏度，单位Pa·S；f为同心环重合长度；为一个常值，动态流量平衡阀在暖通、生活用水以及△=f)为阀芯前后压差；r，r2为同心圆环大小圆半径。其他工业用水管网的平衡中起到了重要的作用，目假设阀芯曲线的横坐标为，纵坐标为r的曲前已经公布的机械自力式恒流量控制阀构造趋于一致，它们的共同缺点是流场复杂，通流面积小，流阻线，每一个对应的值为。则阀芯位移为时，阀大等¨。该文旨在设计一种全

6、新的、机械结构简单、通流能力强、能耗损失低的机械自力式恒流量控A=竹(R一r)制阀。其中：R为挡环内圈半径。根据公式(1)，得：1控制阀的结构原理一1．1阀芯曲线的设计l_阀芯曲线的设计依据同心环形缝隙公式：一收稿日期：2012—05—31}作者简介：王悦，现从事仪表研究方面的工作。2012年第6期工业仪表与自动化装置·7·将式△PA=kx带入上式，化简得：1．3独特的引压结构设计的大口径动态流量平衡阀，采用了一种引L卜警JIL(f-r~o)In—Rl压结构，协助弹簧控制阀芯的：移动，因此可以采用更J高精度的弹簧

7、，提高平衡阀的控制精度。引压结构·u将阀前1．5×D处截面的静压通过导管引导到阀芯由上式可以推出rx关于的函数关系式。鉴于的滑杆之后，作用于滑杆后部的滑块上，该作用力的此函数关系式直接求解基于的解析解比较困大小取决于阀前静压的大小及滑块有效作用面积．s难，借助mathematic软件的反函数求解功能，得到阀的大小。芯曲线的离散点数据，拟合得到曲线，如图1所示。整体的动态流量平衡阀共包括7个零件：阀体、阀芯、挡环、滑杆、高精度弹簧、套筒、支撑环。如图4所示010203O4O5O607O8O9O1O0x／mm图4控制

8、阀结构示意图图1阀芯曲线图2数值计算1．2阀芯整体设计在完成对阀芯曲线的设计后，进行阀芯前端的2．1计算模型及边界条件设计，阀芯整体如图2所示，该模型左边为迎面端，以D=300rain为参考大小开展研究工作，并设右端与固定连杆相连。该模型优势在于加工比较方定工作压差范围为：△p=15；kPa，△p=150kPa；便，流过阀芯的流场比较简单。挡环内径d=250mE；阀芯最小