星耀娱乐-登录网址。2019年 第5期 通用机械石油/化工通用机械GM in Petroleum & Chemical Industry全通径及缩颈球阀流通特性分析浙江省泵阀产品质量检验中心 （温州 325105） 陈振兴 李海聪 孙丰位 金靖斌 徐海长 黄俊荣【摘 要】采用理论推导、有限元分析及试验验证的方法，对全通径球阀和缩径球阀在全开位置时的压力损失、流量系数和流阻系数进行了验算和分析，为产品研发提供了的参考依据。【关键词】球阀 压力损失 流量系数 流阻系数 一、前言阀门的压力损失、流量系数和流阻系数作为流体管路设计的重要参数，其值的大小直接决定着整个管路系统...
2019年 第5期 通用机械石油/化工通用机械GM in Petroleum & Chemical Industry全通径及缩颈球阀流通特性分析浙江省泵阀产品质量检验中心 （温州 325105） 陈振兴 李海聪 孙丰位 金靖斌 徐海长 黄俊荣【摘 要】采用理论推导、有限元分析及试验验证的方法，对全通径球阀和缩径球阀在全开位置时的压力损失、流量系数和流阻系数进行了验算和分析，为产品研发提供了的参考依据。【关键词】球阀 压力损失 流量系数 流阻系数 一、前言阀门的压力损失、流量系数和流阻系数作为流体管路设计的重要参数，其值的大小直接决定着整个管路系统的流通能力和能量损耗，而该值取决于阀门的尺寸、形状和结构。以DN80的全通径和缩径球阀为例，采用理论计算、试验分析及数值模拟的方法对影响阀门流通性能的参数进行了验算和分析，为后期产品的研发提供了参考依据。二、理论计算1.全通径全开球阀的模型如图1所示。根据伯努利方程，推得压力损失为∆P=（ m 2 /2）（L/D） （1） 式中 ∆P 流经球阀的压力损失，单位为Pa； 介质密度，单位为kg/m 3 ； 沿程阻力系数，根据流道粗糙度及雷诺数 由莫迪图确定； m 平均流速，单位为m/s； L阀门结构长度，单位为m； D流道直径，单位为mm。图1 全通径球阀证密封可靠性的进一步措施，导致返工。3）对机组设计制造标准与国家通用标准的差异性认知不足，对筒体变形原因还需要进行更深层的分析，利用窗口期进行修复。4）采用新的检修工艺，提高检修效率和质量；采用辅助密封措施，弥补原密封结构可能存在的不足，避免泄漏风险，值得借鉴。参考文献[1] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002. （收稿日期：2019/03/19） 年 第5期通用机械42石油/化工通用机械GM in Petroleum & Chemical Industry2.缩径缩径球阀的模型如图2所示。图2 缩径球阀根据伯努利方程，对缩径球阀各部位分别展开计算。入口处局部阻力损失系数 入 =0.8[1－(D i/Do )2 ]sin(入 /2) （2）式中 D i 流道中部直径，单位为mm； D o 入口（出口）直径，单位为mm； 入 入口角度，单位为。入口处压差∆P入=入 u i2 /2 （3）式中 u i 流道中部流速，单位为m/s。出口处局部阻力损失系数 出 =2.6[1－（D i/Do ）2 ] 2 sin（出 /2） （4） 式中 出 出口角度，单位为。出口处压差∆P出=出 u i2 /2 （5）中部压差 ∆P 中 =（u i2 /2）(L/Di ) （6）流经缩径球阀的压力损失∆P=∆P 中 +∆P 入 +∆P 出 （7）无论是缩径亦或是全通径，流经阀门的流量系数和流阻系数均为K V =100Q[10/（∆P 0 ）] 1/2 （8）式中 0 15℃时水的密度，单位为kg/m3 ； Q体积流量， 单位为m 3 /h。流经阀门的流阻系数=2∆P/( m 2 ) （9）三、试验分析依据GB/T 30832的试验方法，利用流量试验台（见图3），对阀门做流量试验。 图3 流量试验台示意1.上游调节阀 2.流量计 3.阀前压力表 4.被测试验阀 5.阀后压力表 6.下游调节阀1.全通径对全通径球阀做流量试验，得全通径球阀在全开位置下的各项数据，见表1。2.缩径对缩径球阀做流量试验，得缩径球阀在全开位置下的各项数据，见表2。表1 全通径球阀全开位置流量试验数据序号流量/（m 3 /h）流速/（m/s）阀后压力/kPa压差/kPa雷诺数Re流量系数K v流阻系数1 84.08 4.65 47.15 2.9 462 000 493.41 0.272 78.08 4.32 37.86 2.5 429 000 493.68 0.273 73.42 4.06 31.54 2.25 403 000 489.33 0.274 67.19 3.72 23.49 1.86 372 000 493.33 0.27表2 缩径球阀全开位置流量试验数据序号流量/（m3/h）流速/（m/s）阀后压力/kPa压差/kPa雷诺数Re流量系数K v流阻系数1 135.95 7.52 146.75 50.81 597 000 190.72 1.812 119.83 6.63 111.46 39.73 526 000 191.12 1.813 87.75 4.85 55.15 21.43 385 000 189.55 1.824 57.94 3.2 17.96 8.3 254 000 201.18 1.62 2019年 第5期 通用机械石油/化工通用机械GM in Petroleum & Chemical Industry四、数值模拟1.全通径球阀采用ANSYS软件，进入流场分析模块，打开能量方程和湍流模型，设置边界条件，然后求解计算，得出全通径球阀流场分布云图，如图4所示。 （a）流体静态压力分布云图 （b）流体湍流密度分布云图 （c）流体动态压力分布云图（d）流体摩尔分子量分布云图图4 全通径球阀流场分布云图2.缩径球阀同全通径球阀的分析步骤，得缩径球阀流场分布云图（见图5），流体在流经缩径入口处，压力降低，但在出口处压力又有所回升，出现“压力恢复”现象。速度场中，在近壁面处流速为零，并沿径向流道中心方向增大，在缩径处流速达到最大值。 (a) 流体静态压力分布云图 (b) 流体湍流密度分布云图图5 缩颈球阀流场分布云图五、结语1）减小球阀缩口的角度，增加流体缓冲长度，可降低通过球阀的压降。2）流量系数及流阻系数为阀门恒定值，不随压差、流速的变化而变化。参考文献 [1]吴望一.流体力学[M].北京：机械工业出版社，2000.[2] 全国阀门标准化技术委员会. 阀门流量系数和流阻系数试验方法：GB/T 30832-2014[S].北京：中国标准出版社，2015.[3]沈阳阀门研究所.阀门设计[Z].沈阳：沈阳阀门研究所，1976. （收稿日期：2019/02/15）
