單座調節閥耐水沖擊數學(xué)模型

　　在調節閥中，介質(zhì)的流速以沖擊力的形式對閥內件產(chǎn)生很大的損傷。經(jīng)過(guò)分析單座調節閥的工作狀態(tài)，把單座調節閥的工作狀態(tài)簡(jiǎn)化為孔板節流過(guò)程。通過(guò)使用動(dòng)量方程、伯努利方程和連續性方程建立單座調節閥耐水沖擊的數學(xué)模型，得到不同開(kāi)度下，單座調節閥所受到的沖擊力。

1、概述

　　在過(guò)程控制中，調節閥直接和流體相接觸，所以調節閥的穩定性和可靠性非常重要。調節閥在工作過(guò)程中受到的沖擊力影響著(zhù)調節閥的可靠性、穩定性和使用壽命。沖擊力過(guò)大，會(huì )對調節閥產(chǎn)生嚴重的沖刷破壞，并伴隨有噪聲過(guò)大和閥體振動(dòng)等一系列問(wèn)題。因此，研究調節閥所受到的沖擊力對提高調節閥的可靠性、穩定性以及使用壽命有著(zhù)極為重要的意義。

2、數學(xué)模型

　　在介質(zhì)從調節閥( 圖1) 入口經(jīng)過(guò)閥瓣與閥座間的流通面后，從閥門(mén)出口流出的過(guò)程中，閥瓣和閥座等閥內件受到一定的沖擊作用。由于閥瓣所受的沖擊力隨著(zhù)流通面積的變化而變化，而流通面積隨著(zhù)開(kāi)度的變化而變化，又因閥瓣隨開(kāi)度變化而上下移動(dòng)，其受到的沖擊角度因閥瓣的上下移動(dòng)而改變，因此，計算閥瓣所受到的沖擊力非常困難。為了計算閥瓣所受到的沖擊力，采用流體流過(guò)孔板的能量變化模擬流體流過(guò)調節閥時(shí)的能量變化( 圖2) ，根據動(dòng)量守恒和能量守恒計算調節閥所受到的等效沖擊力。

圖1 單座調節閥

圖2 單座調節閥簡(jiǎn)化模型

　　根據應用流體力學(xué)的恒定總流動(dòng)量定理

　　式中P1、P2———調節閥入口和出口壓力，Pa;A1、A2———調節閥入口和出口接管面積，m2;v1、v2———調節閥入口和出口介質(zhì)流速，m /s;F———調節閥所受沖擊力，N;ρ———流體介質(zhì)密度，kg /m3;Qv———流體體積流量，m3 /s

　　由于進(jìn)口與出口處的接管面積相等，即A1 =A2，同一開(kāi)度下流量恒定，所以調節閥進(jìn)口和出口的速度相等，即v1 = v2。因此，調節閥所受到的等效沖擊力為F = ( P1 - P2) A1 = ΔPA1。

3、結語(yǔ)

　　根據流體沖擊力計算公式可以確定調節閥在不同開(kāi)度下所受到的等效沖擊力。但應注意，流體沖擊力計算公式建立時(shí)把流體在調節閥中流動(dòng)時(shí)的能量變化進(jìn)行模擬化簡(jiǎn)，未考慮不同調節閥在實(shí)際流通過(guò)程中流通系數值的修正問(wèn)題。在計算能量損失時(shí)，由于在突然縮小管處用的是經(jīng)驗公式，所以根據能量損失計算的壓差與實(shí)際壓差有一定的誤差。而氣蝕對等效沖擊力的計算也會(huì )產(chǎn)生影響。