調(diào)節(jié)風(fēng)量耐磨蝶閥

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之前介紹減壓閥流量系數(shù)C的計(jì)算，現(xiàn)在介紹調(diào)節(jié)風(fēng)量耐磨蝶閥風(fēng)量調(diào)節(jié)閥是用來平衡通風(fēng)除塵系統(tǒng)的阻力及調(diào)節(jié)風(fēng)量的，廣泛應(yīng)用于冶金、建材、化工、電力等行業(yè)。但目前在除塵系統(tǒng)中使用的插板閥及蝶閥均存在耐磨性能差、閥出口處流場不均勻等缺點(diǎn)，特別是當(dāng)除塵管道中粉塵濃度高，且粉塵具有很強(qiáng)的磨損性時(shí)，若安裝插板閥或蝶閥，不僅會造成閥體本身的磨損，而且會導(dǎo)致閥后的直管、彎管或三通等管件的磨損。一般風(fēng)量調(diào)節(jié)閥易被磨損的主要原因是因?yàn)殚y體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，從而導(dǎo)致含塵氣流通過風(fēng)量調(diào)節(jié)閥時(shí)流場急劇變化，產(chǎn)生偏流，粉塵在離心力和慣性力的作用下，幾乎全部與閥體發(fā)生切削碰撞，由磨損機(jī)理及其影響因素可知[1，2]，這必然會引起粉塵對風(fēng)量調(diào)節(jié)閥及管件的磨損加劇，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

本研究根據(jù)多孔射流擴(kuò)散及射流疊加原理，提出一種耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)，并對其流場進(jìn)行數(shù)值模擬，同時(shí)與插板閥的流場進(jìn)行比較，以便為耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
1 調(diào)節(jié)風(fēng)量耐磨蝶閥耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)及原理
耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由閥體、活動(dòng)多孔板、帶導(dǎo)流板的固定多孔板、調(diào)節(jié)螺桿、固定螺母、開度指示器及調(diào)節(jié)手柄等組成[3]?；顒?dòng)多孔板與固定多孔板的開孔情況可*一樣，開孔形式為條形，條形孔的寬度一般為20mm，孔橋的寬度與條形孔的寬度可相等。
閥的初始狀態(tài)為全開，即活動(dòng)多孔板與固定多孔板的孔*重合，開度大，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)手柄即可帶動(dòng)活動(dòng)多孔板向右移動(dòng)，閥的開度逐漸減小，閥的開度由開度指示器顯示。
該閥利用小孔（條形孔）射流擴(kuò)散及疊加原理，使氣流在較短的距離內(nèi)均勻混合。氣流通過活動(dòng)多孔板及固定多孔板后，在有限空間內(nèi)，平行射流相互疊加、摻混。由圖2可見，當(dāng)相互疊加的兩股平行射流距離較近時(shí)，射流的發(fā)展將互相影響.在匯合之前，每股射流獨(dú)立發(fā)展，匯合之后，射流邊界相交，互相干擾重疊，逐漸形成一股總射流，總射流充分發(fā)展后，即可在較短的距離內(nèi)均勻混合，從而使速度沿閥體斷面均勻分布[4]。

另外，由于采用多孔結(jié)構(gòu)，粉塵濃度沿?cái)嗝娣植急容^均勻，同插板閥及蝶閥相比，與閥體發(fā)生切削碰撞的粒子數(shù)目大大降低，且粉塵與閥體的碰撞角度避開了易磨損的范圍（粉塵的入射角對磨損具有較大的影響，當(dāng)入射角在20°~30°時(shí)，磨損性大[3]），從而減輕了粉塵對閥體的磨損。電（手）動(dòng)蝶閥為雙偏心法蘭式蝶閥結(jié)構(gòu)緊湊，90°回轉(zhuǎn)開關(guān)輕松，密封可靠，使用壽命長，被廣泛用于水廠、電廠、鋼廠、造紙、化工、飲食等系統(tǒng)供排水中，作為調(diào)節(jié)和截止使用。

二、特點(diǎn)： 

1、電（手）動(dòng)蝶閥采用雙偏心結(jié)構(gòu)，具有越關(guān)越緊的密封功能，密封性能可靠。

2、密封副材料選用不銹鋼和丁腈耐油橡膠配對，使用壽命長。

3、橡膠密封圈即可位于閥體上，也可以位于蝶板上，可適用不同特點(diǎn)的介質(zhì)，供用戶選擇。

4、蝶板采用框架結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，過流面積大，流阻小。

5、電（手）動(dòng)蝶閥整體烤漆、能有效地防止銹蝕且只要更換密封閥座密封材料，就可使用于不同介質(zhì)。

6、電（手）動(dòng)蝶閥具有雙向密封功能，安裝時(shí)不受介質(zhì)流向的控制，也不受空間位置的影響，可在任何方向安裝。

7、電（手）動(dòng)蝶閥結(jié)構(gòu)*，操作靈活，省力，方便。

三、主要參數(shù)

四、主要零部件材料

2 數(shù)學(xué)物理模型及數(shù)值計(jì)算方法
2.1 物理模型
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥,蒸汽減壓閥耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)如圖3（a）所示，閥內(nèi)徑D0=200mm，閥體高度H=300mm，條形孔及孔橋的寬度均為20mm，活動(dòng)多孔板與帶導(dǎo)流板的固定多孔板相互錯(cuò)開10mm，此時(shí)閥的開度為50%，導(dǎo)流板的長度為60mm，閥出口處加長管長度為300mm。另外為了進(jìn)行流場的比較，這里提出一種常見的插板閥結(jié)構(gòu)如圖3（b）所示，其開度與耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥相同。

2.2 數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法
RNG k-ε模型是一個(gè)雙方程的湍流模型，它是從原始的基本方程推導(dǎo)而來的，模型的系數(shù)以理論結(jié)果為依據(jù)，不需要借助任何實(shí)驗(yàn)結(jié)果[5]。文獻(xiàn)[6，7]應(yīng)用此模型模擬湍流流動(dòng)，結(jié)果表明：RNG k-ε模型優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的是k-ε模型。因此本研究從工程實(shí)用性角度和模擬湍流的適用性出發(fā)，利用RNG k-ε模型來模擬閥內(nèi)的湍流流場。
模擬計(jì)算采用的軟件是由FORTRAN90開發(fā)的，網(wǎng)格劃分采用數(shù)學(xué)級數(shù)法，并在條形孔處進(jìn)行局部加密，壓力場和速度場的耦合采用SIM-PLE算法求解。
2.2.1 基本方程及封閉模型
三維氣相湍流流動(dòng)守恒方程組包括連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和RNG k-ε方程，可以表達(dá)成通用形式
div（ρvΦ）-div（ΓgradΦ）=SΦ （1）
式中：Φ在連續(xù)性方程中取1，在動(dòng)量方程中表示u，v和w三個(gè)方向的速度，在RNG k-ε湍流模型中表示湍動(dòng)能k和耗散率ε；SΦ表示源項(xiàng)。
2.2.2 邊界條件
入口邊界為w=17m/s，壁面邊界為無滑移邊界條件，出口為充分發(fā)展條件。

3 數(shù)值模擬結(jié)果分析
模擬結(jié)果如圖4及圖5所示，從圖4（a）的速度矢量圖可以看出，當(dāng)耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥開度為50%時(shí)，固定多孔板的出口處流場變化較大，但是經(jīng)過導(dǎo)流板后，在導(dǎo)流板出口處流場開始變得比較均勻，沒有出現(xiàn)回流和偏流現(xiàn)象。另外從圖5（a）可知，在耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的出口處，即高度z=0.3m處，流體運(yùn)動(dòng)速度沿?cái)嗝娣植季洼^均勻了。對于含塵氣流，在通過多孔板后，粉塵濃度沿閥體斷面分布是比較均勻的，這樣與閥體發(fā)生切削碰撞的粉塵數(shù)量很少，并且由于速度比較低，因此對閥體的磨損將大大減輕.而對于插板閥，當(dāng)開度為50%時(shí)，從圖4（b）可以看出，在閥體內(nèi)及出口處，出現(xiàn)了嚴(yán)重的偏流和回流現(xiàn)象，即使是在加長管的出口處，這種現(xiàn)象仍然存在，氣流偏向一側(cè)。若為含塵氣流，絕大部分粉塵將會以很高的速度與閥體一側(cè)發(fā)生切削碰撞，由于磨損與速度的三次方成正比[因此這必然會導(dǎo)致粉塵對閥體的磨損加劇.另外，由圖5（b）可知，在插板閥的出口處，即z=0.3m，速度沿?cái)嗝娴姆植己懿痪鶆?，這將會使閥后的管件磨損加劇。

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通過對比分析可以看出，在氣流通過耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥和插板閥后，前者在很短的距離內(nèi)即可使氣流速度變得比較均勻，而后者則需要很長的距離.上述模擬結(jié)果表明，耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的原理及結(jié)構(gòu)是合理的，不論是對閥的本體，還是對其后的管件，均具有較好的防磨效果。與一般的插板閥相比，耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥具有使用壽命長、安裝位置不受限制、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于除塵系統(tǒng)中進(jìn)行阻力平衡和風(fēng)量調(diào)節(jié)，其應(yīng)用前景廣闊。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：減壓閥裂紋檢修