进口调节阀门阀芯结构对流量特性影响分析
摘
要：针对某锥面调节阀，在充分分析阀芯几何结构的基础上，应用三维建模软件建立阀门内部流道模型，通过CFD进行离散求解，得到调节阀的流量特性曲线，与实验数据进行了比较分析。通过对锥面阀芯结构尺寸的改变，再对改进后的流道进行数值模拟，得出最优改进模型。
关键字：调节阀门 阀芯结构 流量特性
阀门在工业领域中有着广泛的应用，是工业系统中不可缺少的主要设备之一。锥面调节阀门在控制流量中精度高，在定量流体输送环节应用前景广泛。锥面阀芯的几何尺寸是决定阀门控制调节能力的非常重要的设计参数，传统的研究手段是采用试验手段，对阀门的外部特性，如进出口压力差、流量系数等，进行测量和分析，而对流体在阀门内部流动情况则很难知晓。近年来，随着计算流体动力学（CFD）技术的迅速发展，为了解阀门内部流场分布，探寻各流动参数的变化规律提供了便捷的方法。
本文通过详细分析锥面结构特征，给出影响阀芯锥面的3个几何参数关系，利用FLUENT流体分析软件，详细分析了锥面结构变化对阀门内部流场的影响。研究结果可为同类阀门的设计和试验提供借鉴。
1 阀芯几何特征分析
1.1 控制阀的流量特性
流量控制阀门最重要的标准之一是它的流量特性。控制阀的流量特性取决于它固有的流量特性。固有的流量特性表示为在恒温和阀门两边压力降不变的情况下，通过阀门的流量与控制元件位置（推杆行程）的函数关系。通常的流量特性有线性的、改进线性的、等百分比的、以及平方根（快速开启）的。控制阀的流量特性见图1所示。
任何流量特性曲线都通过恰当的阀门元件的形状或控制阀门的打开及关闭运动来得到。为了得到所希望的固有流量特性，在设计阀门元件时，必须考虑入口、出口以及壳体压力损失对阀门的流量的影响。在理想情况下，控制阀全部压力降应发生在控制元件两边。然而，流道的几何形状突然变化引起的压力损失是不能完全消除的。因此，为了使整个阀门具有所要求的流量特性，常常需要设计人员对理论上求得的阀门元件流通面积与行程的关系加以改进以便补偿这种损失。
1.2 锥面阀芯几何特征
对锥面阀门流道结构分析可知，在阀门的进出口几何尺寸、开度确定的情况下，大型电液推杆，阀芯锥角是最主要的影响因素。因此，选择正确的阀芯锥角几何尺寸，直接影响阀门的流通性能。锥面阀芯几何尺寸定义见图2。阀芯锥角几何尺寸由2个锥面的半角α1、α2和锥台高度h1确定。当α1=α2时，阀芯处于单锥面，调节规律比较单一；当α1≠α2时，阀芯处于双锥面，调节规律复杂；合理改变3个参数，可以得到的流量调节规律。
电液推杆用外循环式液压集成锁的基本构造
很多液压设备都碰到了一个类似的问题，那就是液压油温一旦增高的情况下，容易影响液压件的使用寿命。为了减少这种情况的发生，研究人员设计了一种新的产品，被称为电液推杆用外循环式液压集成锁。
从其名称上就可以看出，这一装置中最关键的技术就在于电液推杆上，除此之外，还包括有主阀体、辅阀体、主阀芯、单向阀、溢流阀、节流阀、阀杆和阀杆复位弹簧等零部件组成。其中主阀体上还设置有两个主阀孔，其下孔口分别连通主孔；而主阀芯就设在主孔内且与主孔同轴心。
整个结构不仅简单，还发挥了重要的作用，尤其是这里的电液推杆，在液压油路控制上采用压力油回油外循环的方式进行工作，具有自锁性能稳定、反应灵敏、工作噪音低等特点，大大改善了油温增高所带来的问题。
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