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日本CKD電磁閥介質(zhì)流向?qū)Σ黄胶饬Φ挠绊?/h1>
更新時(shí)間:2017-01-05 點(diǎn)擊量:1124

    日本CKD電磁閥介質(zhì)流向?qū)Σ黄胶饬Φ挠绊?br />    為了使日本CKD電磁閥能長時(shí)間穩(wěn)定工作,不僅要研究調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流場,同時(shí)也需要對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究。在調(diào)節(jié)閥工程設(shè)計(jì)中,執(zhí)行機(jī)構(gòu)在閥全關(guān)時(shí)輸出推力應(yīng)滿足1.1(不平衡力+閥座壓緊力)。其中,閥座壓緊力與調(diào)節(jié)閥類型相關(guān),受其他條件影響小,因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇主要受調(diào)節(jié)閥不平衡力的影響。
    日本CKD電磁閥構(gòu)性能
    日本CKD電磁閥介質(zhì)流向分為底進(jìn)側(cè)出(流開型)和側(cè)進(jìn)底出(流關(guān)型)。介質(zhì)流動(dòng)方向的改變,一方面會(huì)引起調(diào)節(jié)閥前后壓力和方向改變,使不平衡力作用方向或大小發(fā)生改變,另一方面會(huì)使介質(zhì)對(duì)閥瓣的繞流方向發(fā)生改變,從而改變流體阻力,使作用在閥瓣上的不平衡力發(fā)生改變。這些變化會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇產(chǎn)生影響,從而影響調(diào)節(jié)閥的穩(wěn)定性及使用壽命。因此,介質(zhì)流向的選擇對(duì)調(diào)節(jié)閥的選型設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性有著極為重要的意義。
    (a)流開型   (b)流關(guān)型
    日本CKD電磁閥不平衡力分析
    3 不平衡力計(jì)算
    閉合狀態(tài)下流開型日本CKD電磁閥不平衡力Ftk和流關(guān)型調(diào)節(jié)閥不平衡力Ftg分別為
    (1)
    (2)
    式中  Ftk、Ftg———不平衡力,
    Nds———閥桿直徑,mm
    dg———閥瓣直徑,mm
    p1———閥上游壓力,MPa
    p2———閥下游壓力,MPa
    日本CKD電磁閥閥瓣上表面和下表面所受的壓力隨著開度的變化而變化。為方便計(jì)算閥瓣上、下表面所受的壓力值,將閥瓣上、下表面所受壓力變化轉(zhuǎn)換為效閥瓣截面積的變化。
    日本CKD電磁閥在流開狀態(tài)時(shí),閥桿處于流體的流出端,其不平衡力為入口壓力p1和出口壓力p2與效閥瓣截面積Sh作用的結(jié)果,即
    (3)
    式中 Δp———閥前后壓差,MPa
    Sh———某一開度下效閥瓣截面積,mm2
    將問題簡化,對(duì)Sh和行程h之間的關(guān)系取泰勒展開式,其五階式為
    (4)
    將式(4)帶入式(3),則式(3)簡化為
    日本CKD電磁閥在流關(guān)狀態(tài)時(shí),閥桿處于流體的流入端。取泰勒展開式后,其不平衡力計(jì)算的五階式為
    (6)
    4 內(nèi)部流場數(shù)值模擬
    4.1 三維模型
    日本CKD電磁閥的公稱通徑為200mm,百分比流量特性,行程60mm。根據(jù)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)對(duì)稱性,取流道的一半建模,為了使進(jìn)出口不產(chǎn)生回流,前后管道各加長3倍管徑的長度(圖2)。
        將流道模型分為5部分。流體在流經(jīng)閥瓣和閥座時(shí),壓力梯度和速度梯度變化較大,采用較密的非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格。在進(jìn)口和出口處,流體流動(dòng)較簡單,流速較低且比較平穩(wěn),采用較疏的六面體網(wǎng)格。其余兩個(gè)部分,由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格。5部分共計(jì)網(wǎng)格數(shù)量為196229(圖3)。
    圖3 流道網(wǎng)格模型
    4.3 求解模型
    設(shè)定入口壓力為3MPa,出口壓力為2.75MPa,對(duì)稱面邊界條件以及閥瓣面的壁面邊界條件。由于控制閥內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)復(fù)雜,當(dāng)流體流經(jīng)閥體時(shí),會(huì)產(chǎn)生非常復(fù)雜的流動(dòng)狀態(tài),雖有旋渦和分離流,但不是強(qiáng)旋渦,屬于中強(qiáng)度的雷諾數(shù),因此計(jì)算模型取標(biāo)準(zhǔn)模型。由于流體與閥體內(nèi)部邊界面沒有滑移,所以固體邊界面取無滑移邊界條件。
    5 結(jié)果分析
    5.1 介質(zhì)流向?qū)Σ黄胶饬Φ挠绊?br />    日本CKD電磁閥不平衡力是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中控制閥的閥瓣所受的軸向合力,其大小和方向是執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型的重要指標(biāo)之一。取前后壓差為0.25MPa,針對(duì)不同開度進(jìn)行數(shù)值模擬(表1)。根據(jù)不同開度下的計(jì)算到不平衡力的變化趨勢
    日本CKD電磁閥不平衡力數(shù)值模擬值
    根據(jù)流開型調(diào)節(jié)閥不平衡力Ftk和流關(guān)型調(diào)節(jié)閥不平衡力Ftg變化趨勢,得到兩個(gè)五階多項(xiàng)式。
    分析日本CKD電磁閥不平衡力變化趨勢,流開型調(diào)節(jié)閥不平衡力總是比流關(guān)型日本CKD電磁閥大。日本CKD電磁閥不平衡力在各開度下為正。流關(guān)型調(diào)節(jié)閥不平衡力在開度大于32mm時(shí),不平衡力為正值,在開度小于32mm時(shí),不平衡力為負(fù)值。

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