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(jì)算對于大型輸水工程中的蝶閥來說，其主要特點(diǎn)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(jì)算計(jì)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(jì)為拱形結(jié)構(gòu)，拱形內(nèi)部設(shè)計(jì)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(jì)算計(jì)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(jì)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(yàn)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(qiáng)閥門維護(hù)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(jì)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(jì)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(diǎn)。
更具有工程實(shí)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(jì)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(jì)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(jì)算經(jīng)濟(jì)性分析
該蝶閥閥板采用鑄造工藝成型。改進(jìn)后材料費(fèi)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(jì)。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組
