精确等百分比特性高性能密封蝶阀流量特性计算及其仿真分析

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Characteristic Design and Simulation of Excelent Tightness Butterfly Valvewith Precise EquaI Percentage Flow CharacteristicW ANG Zhen-huauxi Institute ofTechnology，Wuxi 214121，Jiangsu)[Abstract] This article describes abuterfly valvewiththeouter edgeofthe sphere sectoand smooth concave surfaces oiltheback，enablingbuterflyvalve to realize the precise equal percentage flow character[；tic，which provides an impwv throttling range that allows you Io eontrol closer to the target setpoint，regardless of pecss disturbances.The resuhs of the flow characteristics simulation verify the accuracy of the design，and we impmved the surfacesslightly aeeovtling to the results。

[Key words] equal percentage flow characteristics；buterfly valve；disc；throtling capabilities前言 1蝶阀结构蝶阀的紧凑结构和较为适中的转矩要求，使其在控制中得到广泛应用。在各类阀门中，蝶阀阀体所用的材料最少，占用的管线空问最小，压力切断能力仅要求-般的执行机构功率。

随着国内控制阀技术的不断发展，蝶阀已成为工业控制过程主流控制设备之-，过程控制中对蝶阀的调节性、可靠性、稳定性也提出了更高的要求。在已有技术中，各类蝶阀阀板均采用球阀唇缘式密封技术，使用聚合材料或弹性金属环密封座与阀板的球形扇面外缘吻合达到密封的要求，调节特性为近似等百分比，控制性能不足，导致工业生产原料浪费，生产效率低，局限了蝶阀的应用。使得蝶阀的流通能力大，不易堵塞等优点无法体现。

本文旨在介绍-种精确的等百分比调节性能的蝶阀，蝶阀阀板调节范围在阀门行程的 15%-70%，而传统蝶阀阀板调节范围为30%-50%，调节性能是传统蝶阀的两倍以上，使控制接近压力设置点，可应用于既要求精确调节性能，又要求大流通能力的工况，替代大口径单座或套筒调节阀≮约成本和工业原料，提高生产效率。

蝶阀设计人员也通过使用流体仿真软件对蝶阀进行了仿真计算。

Huang及 Kim分析了蝶阀的三维不可压缩流体的速度及压力分布，并提出了改善蝶阀启闭特性及气蚀的措施l。

s Y Jeon通过使用fluent软件进行了单阀板及双阀板蝶阀的流场对比，并将结果与实验数据进行对比瑚。

阀板的结构较复杂，理论计算难度大，结合有限元仿真分析使得设计更为可靠。

- 厂 ]7厂 - /堕 ± / 堡堕堑- - 。 。 - 。。 . - . 、-·------ -- 收稿日期] 2013-5-6[作者简介] 王振华(1976- )，男，江苏无锡人，无锡职业技术学院机械制造实验师。

图2阀板结构示意图第 3期 湖南工业职业技术学院学报 2013正2流量特性计算等百分比(对数)特性在单位行程变化引起相对流量变化与该点的相对流量成正比，及调节阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增加而放大口。等百分比特性在行程过程中的流量满足以下关系式：d盟 在 ㈩由此得出：盟 ： (2)0 -蝶阀的开度；- -蝶阀的额定开度；- 蝶阀的可调比，最大流量与最小流量之比；0 -蝶阀在行程为 时的流量，m'/h呦蝶阀的额定流量，m3/h。

因此单位位移变化引起的流量变化与点的原有流量成正比，而流量相对变化的百分比总是相等的。

由于其放大系数 K随开度的增加而增加，因此有利于系统调节。在歇度时，流量小，流量的变化也小，调节阀放大系数小，调节平稳缓和；在大开度时，流量大，流量的变化也大，调节阀放大系数大，调节灵敏有效。在同-行程时，其流量比直线特性校L9e5.09 ㈤ -手蝶阀的阻力系数，A为流道座直径，cm2。

P-介质密度，g/cm3g-'J3加速度，g987cm/s2- 某开度下的流通面积，cm2；Q-流体的休积流量，m /h：uPPr。P2，lOOkpa。

3流通面积的确定由公式(3)推导出蝶阀各个开度下的流通面积。

令Kv5.09--2： 南 (4)(4)式为等百分比流量特性蝶阀，开度为时的流通面积。

以为依据，确定阀板的结构参数，则得到的蝶阀其流量特性能够符合等百分比特性。

蝶阀在不同开度下的流通面积，阀板旋转不同的角度 O时，分别得到由阀板球形扇面外圆、阀体通道、圆弧球面边缘轮廓、连贯平滑曲面组成的流通面积，蝶阀的动作模型见图3。

×图3蝶阀动作模型以具体阀为例，将阀体、密封圈等零部件确定，阀板的厚度及偏心尺寸根据工况及设计标准确定，则为阀板调节曲线几何尺寸的函数： f 0， )其中： Z-通流1fI积弦长计算点到旋转中心的距离；0-阀扳开度；a-L与X轴的夹角。

肛 舭 n1 02A1-爿调整曲线侧在阀板转动过程中的流通面积，道圆与阀板形成的面积；(5)为流A2-调整曲线侧在阀板转动过程中的流通面积，为流道圆与阀板曲线形成的面积；转换为空间球面坐标进行积分。由于计算较为复杂，计算机编程实现确定各计算点，初步得出阀板的扇面外缘，及背部曲线。

4流量特性仿真分析理论计算得出阀板的参数，蝶阀的固有流量特性通过仿真进行验证。利用fluent软件进行蝶阀流量特性的仿真计算。

4.1仿真模型建立仿真流道如图4所示，按照标准 规定，固有流量特性试验要求，仿真模型在蝶阀人口端加长2D，出口端加长6D。

图4仿真模型4.2数值计算方法根据标准H规定，计算流体为室温的水，出口端与入口端