單座調節(jié)閥耐水沖擊數學模型

　　在調節(jié)閥中，介質的流速以沖擊力的形式對閥內件產生很大的損傷。經過分析單座調節(jié)閥的工作狀態(tài)，把單座調節(jié)閥的工作狀態(tài)簡化為孔板節(jié)流過程。通過使用動量方程、伯努利方程和連續(xù)性方程建立單座調節(jié)閥耐水沖擊的數學模型，得到不同開度下，單座調節(jié)閥所受到的沖擊力。

1、概述

　　在過程控制中，調節(jié)閥直接和流體相接觸，所以調節(jié)閥的穩(wěn)定性和可靠性非常重要。調節(jié)閥在工作過程中受到的沖擊力影響著調節(jié)閥的可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命。沖擊力過大，會對調節(jié)閥產生嚴重的沖刷破壞，并伴隨有噪聲過大和閥體振動等一系列問題。因此，研究調節(jié)閥所受到的沖擊力對提高調節(jié)閥的可靠性、穩(wěn)定性以及使用壽命有著極為重要的意義。

2、數學模型

　　在介質從調節(jié)閥( 圖1) 入口經過閥瓣與閥座間的流通面后，從閥門出口流出的過程中，閥瓣和閥座等閥內件受到一定的沖擊作用。由于閥瓣所受的沖擊力隨著流通面積的變化而變化，而流通面積隨著開度的變化而變化，又因閥瓣隨開度變化而上下移動，其受到的沖擊角度因閥瓣的上下移動而改變，因此，計算閥瓣所受到的沖擊力非常困難。為了計算閥瓣所受到的沖擊力，采用流體流過孔板的能量變化模擬流體流過調節(jié)閥時的能量變化( 圖2) ，根據動量守恒和能量守恒計算調節(jié)閥所受到的等效沖擊力。

圖1 單座調節(jié)閥

圖2 單座調節(jié)閥簡化模型

　　根據應用流體力學的恒定總流動量定理

　　式中P1、P2———調節(jié)閥入口和出口壓力，Pa;A1、A2———調節(jié)閥入口和出口接管面積，m2;v1、v2———調節(jié)閥入口和出口介質流速，m /s;F———調節(jié)閥所受沖擊力，N;ρ———流體介質密度，kg /m3;Qv———流體體積流量，m3 /s

　　由于進口與出口處的接管面積相等，即A1 =A2，同一開度下流量恒定，所以調節(jié)閥進口和出口的速度相等，即v1 = v2。因此，調節(jié)閥所受到的等效沖擊力為F = ( P1 - P2) A1 = ΔPA1。

3、結語

　　根據流體沖擊力計算公式可以確定調節(jié)閥在不同開度下所受到的等效沖擊力。但應注意，流體沖擊力計算公式建立時把流體在調節(jié)閥中流動時的能量變化進行模擬化簡，未考慮不同調節(jié)閥在實際流通過程中流通系數值的修正問題。在計算能量損失時，由于在突然縮小管處用的是經驗公式，所以根據能量損失計算的壓差與實際壓差有一定的誤差。而氣蝕對等效沖擊力的計算也會產生影響。