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浅析进口高压球阀的整体设计

2019-07-03

高压球阀的整体结构结构紧凑,安装方便,节省材料,便于安装制造及使用。手柄被限制在90°的旋转范围内,正好实现高压球阀的开与关;预压碟簧依靠预压缩,在阀座与球体间实现初始比压,使高压球阀在低压时也能保证密封;阀盖依靠螺栓压紧阀体及密封圈,依靠卡套方式与管道相连,这种结构能更好的保证密封效果。

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高压球阀的结构设计及强度校核是高压球阀研发过程中最重要的一环,不但要考虑结构上的要求,还要考虑强度要求、密封要求、材料成本、加工工艺和装配尺寸链等问题。

事实上,螺栓、阀盖、碟簧、填料、密封圈、阀球等零件和结构都需要详细的设计与校核;此外,阀杆处填料与阀杆、阀体间的配合设计,阀座、阀球、预压碟簧、阀体、阀盖连接的尺寸链设计也是高压球阀保证密封的关键步骤。球阀是藉助手柄或相关驱动装置在阀杆上端施加一定的转矩使球体转动90°便完成全开或全关动作。

球阀在开启或关闭瞬间,球体随阀杆转动,其开度是一个逐渐扩大或缩小的过程,因而球阀在启闭瞬间阀体通道是一个收缩截面。球阀在启闭过程当中,随着开度的扩大或缩小,使流体流经阀门时在其两侧产生一定的压差,且压差的大小随着开度的变化而变化。

基于能量守恒,当流体接近阀门时,为使流体通过阀门,流体速度增加,反之,相应产生压力下降,压力和速度成反向关系。在球阀上游流体速度一定的情况下,速度随着压差的增大而增大,高流速和低压力发生在最狭窄缩颈处的下游,即收缩断面处。在球阀启闭瞬间,流体流经阀门时相当于通过收缩截面,且收缩断面不在截面处,而是在收缩截面下游的一段距离,这一距离随着压力大小变化。流体速度在收缩断面达到顶部,此时物流层的流动面积则是其最小值,流体压力最小。

进口高压球阀厂家指出在高压球阀的启闭操作过程中,特别是在开启初期和关闭后期,由于阀口开度较小,从而在阀两侧产生很大的压力差,而大的压力差给流体带来了很高的流速,当流体以高的速度通过阀门时,使流体产生湍流、闪蒸和气穴等问题。

在液体操作过程当中,当高压流体以湍流形式通过阀门时,由于受到阀瓣、阀板或其他闭合元件等阻碍物的影响便会产生压力波动,从而使阀门产生振动。

当流体高速通过收缩断面的狭窄区域,流体压力下降到低于液体蒸汽压力时,便会使流体产生气穴,这就导致了气泡的产生。当物流继续通过收缩断面,流动面积膨胀时,流体流速下降,物流压力开始回升,压力恢复到高于蒸汽压力时,导致气泡内向爆炸。

当气泡接近阀门表面时,内爆之力直接指向阀壁表面,对阀门及下游管线造成极强的冲击,使阀体及管线产生振动。当振动强度过度时,也会产生噪声。

在气体操作过程当中,流体通过收缩断面后使其速度极大的提高,甚至可能达到声速。当气体流速低于声速时,湍流会产生噪声,若高于声速还会有冲击波射流、旋涡流等乱流,乱流的动能在缩颈下游转成热能,同时产生气体动力噪声。如压力曲线指明的那样,当收缩断面处压力下降时,速度按比例增加,噪声也随之而升高。


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