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V型球閥流量特性實驗和進出口壓力變化

來源:上海川滬閥門有限公司   2025年02月20日 07:28  

V型球閥特性實驗主要包括兩個部分:穩態實驗和瞬態實驗。穩態實驗主要是閥門在固定開度狀況下開展的測試實驗,該實驗每個工況重復4次,后取平均值;瞬態實驗為閥門開啟過程的特性測試實驗,開啟時間為18s。

對測試管段進行了設計,對閥門上下游各位置的壓力進行了采集。在閥門上下游管道四個方向上都設置了壓力采集點,壓力采集位置與閥門進出口的距離分別為1D、2D、3D、4D、5D、6D、7D和10D(D為管道直徑),上下游各采集32個位置的壓力信息。圖1為V型球閥進出口壓力采集位置示意圖和實物圖。

V型球閥進出口壓力采集位置示意圖和實物圖

圖1:V型球閥進出口壓力采集位置示意圖和實物圖

V型球閥穩態特性

1.數值模擬與實驗對比

圖2所示為V型球閥流量系數曲線,不同錐角截流形狀下球閥的流量系數變化趨勢相同,隨著開度的增加而增大,數值模擬和實驗結果吻合較好。當開度為10%~50%時,流量系數增加較為緩慢,當開度為50%~99%時,流量系數呈指數形式增加。在相同開度下,錐角截流形狀對球閥流量系數影響較大,隨著閥門開度的增加,錐角越大,流量系數增長越快。根據流量系數分布,證明V型球閥的流量調節范圍較廣,并且調節范圍隨著錐角增大而提高;而相對地,在一定的流量調節范圍內,錐角越小,調節越平穩,準確度越高。

不同工況下V型球閥流量系數變化

圖2:不同工況下V型球閥流量系數變化

圖3所示為V型球閥的阻力系數曲線。實驗和數值模擬結果變化趨勢相同,即阻力系數隨閥門開度的增大而降低。阻力系數在小開度時非常大,在開度為0~40%時,呈指數形式快速減小;在開度為40%~70%時,阻力系數持續下降,但速度較為緩慢;在開度為70%~99%時,阻力系數變化極小,基本保持穩定。與對流量系數的作用類似,錐角截流形狀對V型球閥阻力系數的影響在小開度時較大,且錐角越小,阻力系數越大;錐角越大,阻力系數隨閥門開度增加達到穩定狀態越快。在開度為70%~99%時,錐角截流形狀對V型球閥阻力系數的影響相對較小。

不同工況下V型球閥的阻力系數變化

圖3:不同工況下V型球閥的阻力系數變化

2.V型球閥進出口壓力波動特性

(1)進口壓力波動

不同錐角截流形狀對V型閥門進口附件壓力波動規律相似,因此,本節僅以錐角60°為例對進口管道壓力波動規律進行分析。圖4所示為錐角截流形狀為60°時,V型球閥進口管道壓力波動,沿徑向方向的壓力數值模擬和實驗數據基本保持一致。在不同開度下的管道壓力差別較大,隨著開度增大,壓力逐漸減小。在距離閥門進口2D以上位置處,壓力沿管道周向的分布基本保持穩定;在靠近閥門進口2D以內區域,壓力出現較大波動,并且波動幅度隨著與閥門距離的減小而不斷增大。同時,球閥的開度也會影響同一位置處的壓力波動,幅度隨開度的增大而逐漸增大。在靠近閥門進口附近,徑向方向上的壓力波動規律也存在著差異性,A方向上的壓力波動幅度大,并隨著閥門開度增大,A方向上的壓力波動變化為明顯,也就是說,V型球閥在穩態調節時,對A方向上的流動影響是大的。

V型球閥閥門進口壓力波動變化

圖4:V型球閥閥門進口壓力波動變化

(2)出口壓力波動

為了研究閥門出口壓力達到穩定時,穩定點與閥門出口的距離與錐角、閥門開度的對應關系,采用相對偏差值RS來判斷壓力達到穩定值的距離,當相對偏差達到2%時,認為截面上的壓力達到穩定。

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