調(diào)節(jié)閥閥瓣型面在計算機中自動繪制的方法

　　介紹了利用計算機根據(jù)已知流量系數(shù)和給定閥座直徑、行程、可調(diào)比及流量特性的條件下自動繪制柱塞式調(diào)節(jié)閥閥瓣型面的方法。

1、概述

　　在柱塞式調(diào)節(jié)閥設(shè)計中，閥瓣的型面設(shè)計與繪制直接影響調(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算量很大，手工完成繪制比較費工費時。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，并運用計算機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

　　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

　　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

　　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

　　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Ax和等百分比流量特性時Ab為

3、幾何模型的建立

　　確定閥門流量系數(shù)CV值后按式(3)計算出A0，然后根據(jù)式(4)針對閥瓣某一閥瓣開度h%時計算出調(diào)節(jié)閥的閥瓣型面所形成的等效節(jié)流流路的面積A。按照圖1所示閥座密封點處畫出一條射線段使其與水平夾角為θ，長度為r。假設(shè)此點剛好為此閥瓣開度h%時閥瓣型面上的點，即此射線段所形成的圓臺側(cè)面積與A值一樣，即有

　　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

　　對于某一開度h%和節(jié)流流路面積A，當(dāng)夾角θ從0°～90°進行遍歷(為保證精度取18個點)，按式(7)計算出對應(yīng)的r值所形成的射線段端點的集合即為閥瓣型面在此開度的一個包絡(luò)線。以此類推，當(dāng)閥瓣開度從0%～100%進行遍歷(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�包絡(luò)線進行相切，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)計調(diào)節(jié)閥的閥瓣型面時，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算機的計算能力，對閥門的設(shè)計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)計最終必須通過實際的驗證才能證明其性能的準(zhǔn)確性和可靠性。