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浙江三精閥門有限公司

主營產品: 截止閥,減壓閥,旋塞閥,水力控制閥

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公司信息

人:
李延江
址:
浙江省永嘉縣甌北和二工業區
編:
325105
鋪:
http://www.kindlingtouch.com/st17987/
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大口徑蝶閥內部流場計算及其改進

2014-10-18  閱讀(586)

對于大型輸水工程中的蝶閥來說,其主要特點在于口徑大、流量大。為降低輸水過程中的能量損耗,提高輸水效率,必須設法降低蝶閥的壓力損失,提高流量系數。

    1 計算模型

    1.1 幾何建模

    首先采用Solidworks軟件對蝶板進行了三維造型(見圖1)。蝶板底部直徑為3.4m。蝶板上部設計為拱形結構,拱形內部設計有若干格柵以提高水的過流面積。拱形兩側各有一個凸臺用于安裝蝶板的轉軸。

圖1 原型蝶板的三維造型

    初步分析認為,拱形兩側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 改進型蝶板的三維造型

    1.2 計算建模

    計算模型采用三維N-S方程及標準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個坐標方向的通量,分別表示為式(2)~式(5):

    

    其中應力項為第2頁式(6)。

    采用標準k-ε模型進行求解,具體方程見第2頁式(7)和式(8)。式(7)和式(8)中Gk為湍流動能,ε為湍流動能耗散率,σk和σε分別為k和ε的Prandtl數,

        (6)

        (7)

        (8)

        (9)

    其中S為平均應變速度張量的模量,μt為湍流黏度,

        (10)

    模型中的各常數取值如下:

    C1ε=1.44,C2ε=1.92,Cμ=0.09,σk=1.0,σε=1.3。(11)

    計算條件:流動入口速度5m/s,入口壓力100kPa。

    2 計算結果及分析

    按閥前入口流速5m/s、入口壓力100kPa計算,采用動網格技術獲得了蝶板動態過程中的流場變化(見圖3)。

圖3 閥門開啟過程流態變化

    計算也給出了改進前后兩種蝶板在水平(即全開)狀態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,改進前后的壓力梯度具有明顯不同。原型蝶板在兩側凸臺和外側筋板上有明顯的壓力集中,容易造成結構損壞,而改進后蝶板的壓力分布則較為均勻。

圖4 原型蝶板流線(速度量)

圖5 改進型蝶板流線(速度量)

圖6 原型蝶板壓力云(表壓)

圖7 改進型蝶板壓力云(表壓)

    從計算結果看,改進后的蝶板具有“大流量系數、小壓力損失"的明顯優點。

    更具有工程實際意義的數據是流量系數和壓力損失系數,本文的計算也分別給出了改進前后的相關結果(見表1)。

表1 蝶板改進前后的壓力系數和流量系數

    從表1的計算結果可以看出,改進后蝶板的阻力降低約30%,壓差降低9%,壓力損失系數降低約9%,而流量系數則增加了5%。

    3 經濟性分析

    該蝶閥閥板采用鑄造工藝成型。改進后材料費增加約5%,加工工藝沒有太大的變化,總的制造成本略有增加。但改進后的閥門因具有流線形的兩側凸臺,其結合部位的應力集中情況得到很大改善,在大載荷工況下不易發生破壞,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。



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