日本CKD電磁閥介質(zhì)流向?qū)Σ黄胶饬Φ挠绊?/h1>

更新時(shí)間：2017-01-05　點(diǎn)擊量：1017

    日本CKD電磁閥介質(zhì)流向?qū)Σ黄胶饬Φ挠绊?br />    為了使日本CKD電磁閥能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，不僅要研究調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流場(chǎng)，同時(shí)也需要對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究。在調(diào)節(jié)閥工程設(shè)計(jì)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在閥全關(guān)時(shí)輸出推力應(yīng)滿(mǎn)足1.1（不平衡力+閥座壓緊力）。其中，閥座壓緊力與調(diào)節(jié)閥類(lèi)型相關(guān)，受其他條件影響小，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇主要受調(diào)節(jié)閥不平衡力的影響。
    日本CKD電磁閥構(gòu)性能
    日本CKD電磁閥介質(zhì)流向分為底進(jìn)側(cè)出（流開(kāi)型）和側(cè)進(jìn)底出（流關(guān)型）。介質(zhì)流動(dòng)方向的改變，一方面會(huì)引起調(diào)節(jié)閥前后壓力和方向改變，使不平衡力作用方向或大小發(fā)生改變，另一方面會(huì)使介質(zhì)對(duì)閥瓣的繞流方向發(fā)生改變，從而改變流體阻力，使作用在閥瓣上的不平衡力發(fā)生改變。這些變化會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇產(chǎn)生影響，從而影響調(diào)節(jié)閥的穩(wěn)定性及使用壽命。因此，介質(zhì)流向的選擇對(duì)調(diào)節(jié)閥的選型設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性有著極為重要的意義。
    （a）流開(kāi)型   （b）流關(guān)型
    日本CKD電磁閥不平衡力分析
    3 不平衡力計(jì)算
    閉合狀態(tài)下流開(kāi)型日本CKD電磁閥不平衡力Ftk和流關(guān)型調(diào)節(jié)閥不平衡力Ftg分別為
    （1）
    （2）
    式中  Ftk、Ftg———不平衡力，
    Nds———閥桿直徑，mm
    dg———閥瓣直徑，mm
    p1———閥上游壓力，MPa
    p2———閥下游壓力，MPa
    日本CKD電磁閥閥瓣上表面和下表面所受的壓力隨著開(kāi)度的變化而變化。為方便計(jì)算閥瓣上、下表面所受的壓力值，將閥瓣上、下表面所受壓力變化轉(zhuǎn)換為效閥瓣截面積的變化。
    日本CKD電磁閥在流開(kāi)狀態(tài)時(shí)，閥桿處于流體的流出端，其不平衡力為入口壓力p1和出口壓力p2與效閥瓣截面積Sh作用的結(jié)果，即
    （3）
    式中 Δp———閥前后壓差，MPa
    Sh———某一開(kāi)度下效閥瓣截面積，mm2
    將問(wèn)題簡(jiǎn)化，對(duì)Sh和行程h之間的關(guān)系取泰勒展開(kāi)式，其五階式為
    （4）
    將式（4）帶入式（3），則式（3）簡(jiǎn)化為
    日本CKD電磁閥在流關(guān)狀態(tài)時(shí)，閥桿處于流體的流入端。取泰勒展開(kāi)式后，其不平衡力計(jì)算的五階式為
    （6）
    4 內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬
    4.1 三維模型
    日本CKD電磁閥的公稱(chēng)通徑為200mm，百分比流量特性，行程60mm。根據(jù)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性，取流道的一半建模，為了使進(jìn)出口不產(chǎn)生回流，前后管道各加長(zhǎng)3倍管徑的長(zhǎng)度（圖2）。
        將流道模型分為5部分。流體在流經(jīng)閥瓣和閥座時(shí)，壓力梯度和速度梯度變化較大，采用較密的非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格。在進(jìn)口和出口處，流體流動(dòng)較簡(jiǎn)單，流速較低且比較平穩(wěn)，采用較疏的六面體網(wǎng)格。其余兩個(gè)部分，由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格。5部分共計(jì)網(wǎng)格數(shù)量為196229（圖3）。
    圖3 流道網(wǎng)格模型
    4.3 求解模型
    設(shè)定入口壓力為3MPa，出口壓力為2.75MPa，對(duì)稱(chēng)面邊界條件以及閥瓣面的壁面邊界條件。由于控制閥內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)流體流經(jīng)閥體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生非常復(fù)雜的流動(dòng)狀態(tài)，雖有旋渦和分離流，但不是強(qiáng)旋渦，屬于中強(qiáng)度的雷諾數(shù)，因此計(jì)算模型取標(biāo)準(zhǔn)模型。由于流體與閥體內(nèi)部邊界面沒(méi)有滑移，所以固體邊界面取無(wú)滑移邊界條件。
    5 結(jié)果分析
    5.1 介質(zhì)流向?qū)Σ黄胶饬Φ挠绊?br />    日本CKD電磁閥不平衡力是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中控制閥的閥瓣所受的軸向合力，其大小和方向是執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型的重要指標(biāo)之一。取前后壓差為0.25MPa，針對(duì)不同開(kāi)度進(jìn)行數(shù)值模擬（表1）。根據(jù)不同開(kāi)度下的計(jì)算到不平衡力的變化趨勢(shì)
    日本CKD電磁閥不平衡力數(shù)值模擬值
    根據(jù)流開(kāi)型調(diào)節(jié)閥不平衡力Ftk和流關(guān)型調(diào)節(jié)閥不平衡力Ftg變化趨勢(shì)，得到兩個(gè)五階多項(xiàng)式。
    分析日本CKD電磁閥不平衡力變化趨勢(shì)，流開(kāi)型調(diào)節(jié)閥不平衡力總是比流關(guān)型日本CKD電磁閥大。日本CKD電磁閥不平衡力在各開(kāi)度下為正。流關(guān)型調(diào)節(jié)閥不平衡力在開(kāi)度大于32mm時(shí)，不平衡力為正值，在開(kāi)度小于32mm時(shí)，不平衡力為負(fù)值。