水煤漿輸送用偏心旋轉閥結構改進(jìn)

　　針對水煤漿輸送管線(xiàn)上調節流量用的偏心旋轉閥內漏問(wèn)題，利用計算流體動(dòng)力學(xué)數值模擬方法進(jìn)行了分析，得到內部流場(chǎng)的可視化圖形。通過(guò)流場(chǎng)的速度模擬分析，找出易發(fā)生破壞位置，得出產(chǎn)生內漏的原因，采用閥芯鑲嵌陶瓷的改進(jìn)結構設計，提高了閥門(mén)耐磨損、抗沖刷和耐腐蝕的能力，有效延長(cháng)了閥門(mén)的使用壽命。

1、概述

　　在水煤漿制備輸送過(guò)程中，閥門(mén)磨損問(wèn)題一直是影響裝置平穩運行的因素之一。尤其是煤漿管線(xiàn)上的調節閥，閥芯磨損，閥體磨穿，造成調節閥內漏和外漏，不僅有毒有害介質(zhì)發(fā)生泄漏污染環(huán)境，還可能造成重大事故。

2、數值模擬分析

　　2.1、三維建模

　　偏心旋轉閥的公稱(chēng)通徑為100mm，流體的流動(dòng)方向為流開(kāi)，閥門(mén)最大行程為60°，調節閥經(jīng)常在10% ～ 15% ( 6° ～ 10°) 的開(kāi)度上調節。利用三維建模軟件，根據流道的尺寸和閥芯的結構及裝配關(guān)系對整個(gè)結構進(jìn)行三維建模( 圖1) 。

圖1 開(kāi)度為10°的模型

　　2.2、數值模擬

　　將偏心旋轉閥開(kāi)度為10°的介質(zhì)流道模型導入到WORKBENCH 中，對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用四面體網(wǎng)格形式，劃分后網(wǎng)格數為924 725( 圖2) 。在進(jìn)行網(wǎng)格劃分過(guò)程中，對模型設置邊界，并將模型導入到FLUENT 模塊中進(jìn)行邊界條件的設置( 表1) 。然后對流道模型進(jìn)行求解，并通過(guò)后處理得到流場(chǎng)可視化圖( 圖3) 。

圖2 網(wǎng)格劃分

　　由壓力云圖可以看出，介質(zhì)在通過(guò)偏心旋轉閥時(shí)壓力集中在閥芯正對介質(zhì)流向部分。由速度云圖可知，介質(zhì)通過(guò)閥芯與閥座之間形成的間隙(主要是閥芯轉向介質(zhì)流入方向的一側) 流出，由于間隙較小，對介質(zhì)產(chǎn)生節流作用，介質(zhì)流速極快，使閥芯轉向介質(zhì)流入方向的一側容易出現破壞以及沖刷現象，而對介質(zhì)主要流過(guò)閥體的那一側產(chǎn)生沖刷。

表1 邊界條件設置表

圖3 流場(chǎng)云圖

　　當閥芯在6° ～10° 的開(kāi)度工作時(shí)，閥芯與閥座之間節流面形成的間隙很窄，含高固和高磨蝕性顆粒(2.5mm 以下) 的水煤漿通過(guò)節流面時(shí)，流速極快，是造成閥芯和閥座密封面磨損的主要原因(驗證了CFD分析結果的可靠性) 。當閥芯和閥座出現磨損后，流體節流面積增大，為了保證正常調節，閥門(mén)開(kāi)度將減小，從而加劇閥芯和閥座的磨損，即使采取堆焊或噴焊硬質(zhì)合金甚至采用整體碳化鎢燒結的閥芯，使用壽命也很短。

3、解決方案

　　經(jīng)過(guò)分析，采取了縮小閥門(mén)入口面積，增大閥門(mén)正常調節開(kāi)度，閥芯和閥座采用鑲嵌工程陶瓷材料(圖4) 等措施，提高了密封副抗沖刷、耐磨損的能力。閥門(mén)安裝使用過(guò)程中未發(fā)現有內漏的跡象，對閥門(mén)進(jìn)行下線(xiàn)檢測(運行1年后) ，除閥芯壓蓋有部分沖蝕外，陶瓷閥芯、閥座以及閥體內腔完好。更換閥芯壓蓋后，閥門(mén)繼續使用。

圖4 陶瓷偏心旋轉閥

4、結語(yǔ)

　　改進(jìn)后的陶瓷偏心旋轉閥使用情況良好，使用壽命更長(cháng)，降低了運行成本。陶瓷偏心旋轉閥適用于水煤漿工藝和有腐蝕性介質(zhì)等苛刻工況。