上海申弘閥門有限公司
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之前介紹自力式壓力調(diào)節(jié)閥在化工行業(yè)應(yīng)用，現(xiàn)在介紹大型輸水工程中大口徑蝶閥流量計算對于大型輸水工程中的蝶閥來說，其主要特點在于口徑大、流量大。為降低輸水過程中的能量損耗，提高輸水效率，必須設(shè)法降低蝶閥的壓力損失，提高流量系數(shù)。
1 大型輸水工程中大口徑蝶閥流量計算計算模型
1.1 幾何建模
首先采用Solidworks軟件對蝶板進(jìn)行了三維造型（見圖1）。蝶板底部直徑為3.4m。蝶板上部設(shè)計為拱形結(jié)構(gòu)，拱形內(nèi)部設(shè)計有若干格柵以提高水的過流面積。拱形兩側(cè)各有一個凸臺用于安裝蝶板的轉(zhuǎn)軸。
圖1 原型蝶板的三維造型
初步分析認(rèn)為，拱形兩側(cè)的凸臺可能會引起流動的紊亂，因此將其改造成流線型，其三維造型見圖2。圖2 改進(jìn)型蝶板的三維造型
1.2 大型輸水工程中大口徑蝶閥流量計算計算建模
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥計算模型采用三維N-S方程及標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型。其主控制方程為：
式（1）中，Q為守恒變矢量；f，g，h分別為3個坐標(biāo)方向的通量，分別表示為式（2）~式（5）：
大口徑法蘭蝶閥本閥采用中心對稱結(jié)構(gòu)，大口徑蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在蝶閥閥體圓柱形通道內(nèi)，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為0°-90°之間，旋轉(zhuǎn)到90°時，閥門全開狀態(tài)。大口徑管網(wǎng)中普遍使用的蝶閥常會出現(xiàn)開關(guān)不嚴(yán)的問題，本文從其閘板和密封膠圈等存在的問題、閥門操作中的水力學(xué)原因等方面進(jìn)行分析，提出嚴(yán)格選閘驗閘保證閥門質(zhì)量、在大口徑蝶閥旁側(cè)加裝旁通閘、制定定期推試閘制度加強閥門維護管理等減少大口徑閥門漏水的措施。
大口徑蝶閥，對夾式蝶閥結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，只由少數(shù)幾個零件組成。而且只需旋轉(zhuǎn)90°即可快速啟閉，操作簡單，同時該閥門具有良好的流體控制特性。蝶閥處于*開啟位置時，蝶板厚度是介質(zhì)流經(jīng)閥體時的阻力，因此通過該閥門所產(chǎn)生的壓力降很小，故具有較好的流量控制特性。蝶閥有彈密封和金屬的密封兩種密封型式。彈性密封閥門，密封圈可以鑲嵌在閥體上或附在蝶板周邊。
如果要求蝶閥作為流量控制使用，主要的是正確選擇閥門的尺寸和類型。蝶閥的結(jié)構(gòu)原理尤其適合制作大口徑閥門。蝶閥不僅在石油、煤氣、化工、水處理等一般工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，而且還應(yīng)用于熱電站的冷卻水系統(tǒng)。
圖3 閥門開啟過程流態(tài)變化
計算也給出了改進(jìn)前后兩種蝶板在水平（即全開）狀態(tài)下的繞流流線圖和壓力云圖（見圖4、圖5，第3頁圖6、圖7）。從流線圖可以看出，原型閥門蝶板附近的流動比較紊亂，而改進(jìn)后的流動則較為光順。反映到壓力上，從壓力云圖可以看出，改進(jìn)前后的壓力梯度具有明顯不同。原型蝶板在兩側(cè)凸臺和外側(cè)筋板上有明顯的壓力集中，容易造成結(jié)構(gòu)損壞，而改進(jìn)后蝶板的壓力分布則較為均勻。
從計算結(jié)果看，改進(jìn)后的蝶板具有“大流量系數(shù)、小壓力損失”的明顯優(yōu)點。
更具有工程實際意義的數(shù)據(jù)是流量系數(shù)和壓力損失系數(shù)，本文的計算也分別給出了改進(jìn)前后的相關(guān)結(jié)果（見表1）。
表1 蝶板改進(jìn)前后的壓力系數(shù)和流量系數(shù)
從表1的計算結(jié)果可以看出，改進(jìn)后蝶板的阻力降低約30%，壓差降低9%，壓力損失系數(shù)降低約9%，而流量系數(shù)則增加了5%。
3 大型輸水工程中大口徑蝶閥流量計算經(jīng)濟性分析
該蝶閥閥板采用鑄造工藝成型。改進(jìn)后材料費增加約5%，加工工藝沒有太大的變化，總的制造成本略有增加。但改進(jìn)后的閥門因具有流線形的兩側(cè)凸臺，其結(jié)合部位的應(yīng)力集中情況得到很大改善，在大載荷工況下不易發(fā)生破壞，使得閥門故障率明顯降低，壽命則明顯延長；而且降低了輸水過程中的能量損耗，提高了工作效率。相比較而言，制造成本的增加*可以忽略不計。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組
