CN111828671A - 一种v型球阀及其流量特性曲线获得方法 - Google Patents

一种v型球阀及其流量特性曲线获得方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种V型球阀及其流量特性曲线获得方法。由于V型球阀的流阻较小，阀门的流量系数与流通面积近似成正比例关系，因此可以通过计算V型球阀的流通面积，来分析阀门的流通能力。该阀门具有的特殊阀芯结构，使得V型球阀在小开度和大开度时都具有优良的调节性能，并具有较大的可调比。该球阀在小开度时设置了V形槽口，使该球阀在小开度时具有较好的调节性能；在中等开度时，其流道呈扇形，流通面积会随开度的增加接近等百分比增加；在较大开度时，其流道为扇形和矩形相结合，流通面积随开度的增加增速变化较小，保证了球阀的调节性能。

Description

一种V型球阀及其流量特性曲线获得方法
技术领域
本发明属于阀门领域，特别涉及一种基于阀芯结构的具有特殊流量特性的V型球阀。
背景技术
V型球阀具有可调比高、流阻小、结构简单、易于维修的特点，被广泛应用于电站、石油、化工以及其他对可调比要求较高的场合。传统的V型球阀的流量特性曲线接近等百分比，流量特性曲线的斜率随开度增加而增加。因此，其在小开度时拥有较好的调节性能，但在大开度时，其流量系数对开度非常敏感，导致其调节性能降低。因此，当V型球阀作为调节阀使用时，为保证其控制精度，其额定最大流量系数往往与阀门的最大流量系数有较大差距。
由于V型球阀的流道为直通型，其流阻非常小，大量的研究结果表明，V型球阀的流量系数与流通面积成正相关。V型球阀的结构成规则的几何形状，因此可以通过计算得到其流通面积，从而得到流量特性曲线。
发明内容
本发明的目的在于改善传统V型球阀在大开度时调节性能较差的现象，并提出一种V型球阀。该球阀在大开度和小开度时都具有优良的调节性能，具有较大的可调比。更进一步地，本发明在小开度时，通过数值模拟，拟合得到阀门的流量系数与开度的关系式；在较大开度时，通过理论计算得到阀门的流通面积，将两者结合，可以得到阀门的流量特性曲线。
本发明具体采用的技术方案如下：
一种V型球阀，该V型球阀的阀芯开口由连续的三段组成，阀芯流道首段为在球阀表面向阀体内部开设的V形槽口；阀芯流道中段为V形开口；阀芯流道尾端为矩形开口；
阀芯在阀体内回转过程中，V形槽口、V形开口和矩形开口依次进入流道，流道截面积递增；V形槽口进入流道时，阀芯与阀座之间的流道截面为V形槽口的断面；V形开口进入流道时，阀芯与阀座之间的流道截面为扇形；矩形开口进入流道时，阀芯与阀座之间的流道截面为三角形、矩形和弓形的组合形状，其中矩形的一组对边分别与三角形的一条边和弓形的弦重合。
作为优选，所述V形槽口的槽体纵断面尺寸从头到尾递增，所述V形开口从靠近阀芯流道首段一侧向阀芯流道尾段一侧逐渐扩张，所述矩形开口的高度与所述V形开口末端的高度相同。
作为优选，所述V形开口靠近阀芯流道首段一侧的底角设置为圆弧倒角。
本发明的另一目的在于提供一种上述V型球阀的流量特性曲线获得方法，其步骤如下：
首先，设定流量特性曲线计算所需的V型球阀的结构尺寸参数，包括：阀芯相对于初始位置转动的角度ω，阀座直径D，阀芯半径R，三角形流道倒角尺寸r，三角形流道的张角θ，流通面积A，三角形流道顶点到阀芯球心在XOZ平面上的投影距离h，三角形流道倒角顶点到阀芯球心在XOZ平面上的投影距离K，矩形流道高度b；
然后，按照S1～S9确定所述V型球阀的流量特性曲线：
S1：确定所述V形槽口完全进入流道但所述V形开口尚未进入流道时，阀芯相对于初始位置所需转动的角度ω为γ：
Figure BDA0002601149710000021
S2：确定所述V形开口的圆弧倒角刚进入流道至圆弧倒角完全进入流道但直边未进入流道过程中，阀芯转动角度ω的范围为γ≤ω≤ζ，该ω范围中流通面积Ar2与角度ω的计算式为：
Ar2＝A1+A2
式中：
Figure BDA0002601149710000022
Figure BDA0002601149710000023
Figure BDA0002601149710000024
Figure BDA0002601149710000031
Figure BDA0002601149710000032
S3：确定所述V形开口的直边刚进入流道至直边完全进入流道但所述矩形开口未进入流道过程中，阀芯转动角度ω的范围为ζ≤ω≤μ，该ω范围中流通面积Ar3与角度ω的计算式为：
Figure BDA0002601149710000033
式中：
Figure BDA0002601149710000034
Figure BDA0002601149710000035
Figure BDA0002601149710000036
其中，参数λ1和L的计算公式为：
Figure BDA0002601149710000037
Figure BDA0002601149710000038
阀门开度
Figure BDA0002601149710000039
其中
Figure BDA00026011497100000310
α0表示当L＝D时阀门对应的开度α，通过参数λ1和L的计算公式确定；
Figure BDA0002601149710000041
S4：确定所述矩形开口刚进入流道至矩形开口完全进入流道过程中，阀芯转动角度ω的范围为μ≤ω≤ωMAX，ωMAX为阀芯的最大转动角度；该ω范围中流通面积Ar4与角度ω的计算式为：
Ar4＝A6+A7cos(ω-μ)+A8
式中：
Figure BDA0002601149710000042
A7＝Ar3MAX-A6
Figure BDA0002601149710000043
其中Ar3MAX为ω＝μ时的流通面积Ar3；
S5：通过数值模拟的方法，获得所述V型球阀在开度α1下的流通面积与流量系数，开度α1取值为40％～60％；
S6：根据开度α1对应的阀芯转动角度ω0，在S2～S4确定的流通面积计算公式中选择ω0对应的计算公式，得到阀门在开度α1时的流通面积Ar；根据S5中的模拟结果确定阀门在开度α1时的流量系数
Figure BDA0002601149710000044
再换算得到流量系数
Figure BDA0002601149710000045
与流通面积Ar之间的比例系数
Figure BDA0002601149710000046
S7：采用数值模的方法，得到所述V形槽口在不同开度下的流量系数，然后将不同开度下的流量系数分别除以所述的比例系数k，换算得到不同开度下的等效流通面积AV，并根据不同开度对应的阀芯转动角度ω，拟合阀芯转动角度ω与等效流通面积AV的关系式AV＝f(ω)；
S8：基于S1～S7，得到任意阀芯转动角度ω与流通面积A的分段计算通式：
Figure BDA0002601149710000051
式中：AVMAX表示当阀芯转动角度ω＝γ时V形槽口的等效流通面积。
S9：在0开度到最大开度之间均匀取j个开度，确定其对应的j个转动角度：ω1、ω2、ω3…ωj，结合所述的分段计算通式得到j个转动角度的流通面积，将每个转动角度的流通面积乘以所述的比例系数k，换算得到j个开度下的流量系数，从而得到阀门的流量特性曲线。
作为优选，所述S5的具体步骤如下：
S51：利用三维建模软件建立所述V型球阀的三维模型，并获得流道模型；
S52：将S51所得的流道模型导入网格划分软件中，进行网格划分；
S53：将S52所得的网格导入计算流体力学软件中，利用计算流体力学软件模拟得到V型球阀在不同开度时的流量系数KV。
作为优选，所述S7的具体步骤如下：
S71：在阀芯转动角度0到γ之间均匀取i个转动角度；
S72：重复S5，通过数值模拟的方法，获得所述V型球阀在S71中确定的i个转动角度下的流量系数；
S73：将i个转动角度下的流量系数分别除以所述的比例系数k，换算得到不同转动角度下的等效流通面积AV；
S74：将得到的i个转动角度下的等效流通面积AV，利用二次函数进行拟合，得到阀芯转动角度ω与等效流通面积AV的关系式：
AV＝f(ω)＝lω2+mω+n
式中：l、m、n均为拟合系数。
进一步的，所述的三维建模软件为Solidworks、Creo、Inventor、UG/NX、CATIA、ANSYS Workbench DesignModeler、ANSYS Workbench SpaceClaim。
进一步的，所述的网格划分软件为ICEM CFD、HyperMesh、TGrid、PointWise、ANSA、GridPro、ANSYS Workbench Mesh。
进一步的，其特征在于：所述的计算流体力学软件为ANSYS Fluent、ANSYS CFX、STAR-CD、STAR-CCM、OpenFOAM。
进一步的，其特征在于：所述的计算流体力学软件中，湍流模型为Standard k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型、Standard k-ω模型、BSL k-ω模型、SST k-ω模型。
本发明的有益效果是：
(1)提出了一种V型球阀，该V型球阀具有特殊的阀芯结构，使得V型球阀同时在小开度和大开度时具有优良的调节性能，具有较大的可调比。
(2)提出了一种V型球阀流量特性曲线获得方法，在无需反复模拟或实验的前提下，可以得到V型球阀的流量特性曲线，简化了V型球阀的设计与优化步骤，节省了人力与物力成本；
附图说明
为使本发明的内容更容易被理解，下面结合附图和实施案例对本发明作进一步详细说明，其中：
图1为该V型球阀的阀芯结构。
图2为该V型球阀的结构参数。
图3为该V型球阀的流量特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明涉及一种V型球阀，该V型球阀在大开度、小开度下都具有较好的调节性能，并具有较高的可调比。传统V型球阀是一种角回转的调节阀，塔是在球体上开有V形开口而成的。在球体回转过程中，球体的V形开口与阀座流道形成一个扇形的有效流道，在回转过程中可改变有效流道截面积，形成对介质的精确调节。
如图1所示，在本发明提供的V型球阀中，该V型球阀的阀芯开口由连续的三段组成。其中，阀芯流道首段为在球阀表面向阀体内部开设的V形槽口；阀芯流道中段为V形开口；阀芯流道尾端为矩形开口。阀芯在阀体内回转过程中，V形槽口、V形开口和矩形开口依次进入流道，流道截面积递增。
在本实施例中，V形槽口的槽深度和宽度均从头到尾递增，因此槽体纵断面尺寸从头到尾递增。该段V形槽口主要用于优化阀门在小开度下的调节性能，防止出现传统V形开口造成的小开度无法准确调节的问题。另外，V形开口从靠近阀芯流道首段一侧向阀芯流道尾段一侧逐渐扩张，而矩形开口的高度与V形开口末端的高度相同，使得阀芯开口的边界线能够连续。另外，为了保证流体调节的稳定性，V形开口靠近阀芯流道首段一侧的底角(即V字形的拐角位置)设置为圆弧倒角。
参见图2所示，以V型球阀的球心O为原点建立XYZ坐标系，X、Z轴为水平轴，Y轴为垂直轴。整个V型球阀以XOZ平面为中心面镜像对称，XOZ平面为穿过V型球阀球心O的水平平面。V形槽口、V形开口和矩形开口分别对称分布在XOZ平面的上下两侧，整个球阀绕OY轴回转，定义Y轴方向为V型球阀的高度方向。
在球阀在原始位置能够整体封闭流道，从原始位置开始回转的过程中，V形槽口、V形开口和矩形开口依次进入流道，实现不同的开度调节。其中，V形槽口进入流道时，阀芯与阀座之间的流道截面为V形槽口的断面。V形开口进入流道时，阀芯与阀座之间的流道截面为扇形，须注意该扇形的圆心角位置存在圆弧倒角。矩形开口进入流道时，阀芯与阀座之间的流道截面为三角形、矩形和弓形的组合形状，其中矩形的一组对边分别与三角形的一条边和弓形的弦重合，弓形部分是由矩形开口与阀座的圆弧形内壁所形成的。
该阀门具有的特殊阀芯结构，使得V型球阀在小开度和大开度时都具有优良的调节性能，并具有较大的可调比。该球阀在小开度时设置了V形切口，使该球阀在小开度时具有较好的调节性能；在中等开度时，其流道呈扇形，流通面积会随开度的增加接近等百分比增加；在较大开度时，其流道为三角形、矩形和弓形的组合形状，流通面积随开度的增加增速变化较小，保证了球阀的调节性能。
由于V型球阀的流阻较小，阀门的流量系数与流通面积近似成正比例关系，因此可以通过计算V型球阀的流通面积，来分析阀门的流通能力。
下面结合图2详细进行该阀门流通面积的计算，并得到该阀门的流量特性曲线，具体步骤如下：
首先，设定流量特性曲线计算所需的V型球阀的结构尺寸参数，包括：阀芯相对于初始位置转动的角度ω，阀座直径D，阀芯半径R，三角形流道倒角尺寸r，三角形流道的张角θ，流通面积A，三角形流道顶点到阀芯球心在XOY平面上的投影距离h，三角形流道倒角顶点到阀芯球心在XOY平面上的投影距离K，矩形流道高度b。
然后，按照S1～S9确定所述V型球阀的流量特性曲线，具体过程如下：
S1：阀门初始位置如图2(a)所示，确定V形槽口完全进入流道但V形开口尚未进入流道时，阀芯相对于初始位置所需转动的角度ω为γ：
Figure BDA0002601149710000081
暂且忽略V形槽口，当阀芯处于初始位置时，阀芯转动角度小于γ时，阀门的流通面积暂且视为0。
在本实施例中，代入阀门的结构参数后，得γ＝19.3°。
S2：确定V形开口的圆弧倒角刚进入流道至圆弧倒角完全进入流道但直边未进入流道过程中，阀芯转动角度ω的范围为γ≤ω≤ζ，本步骤主要确定该ω范围中流通面积Ar2与角度ω的计算公式。
当阀芯转动角度大于γ，三角形流道倒角部分r进入流道，而三角形的直边不进入流道时，其流通面积为Ar2，Ar2由两部分组成，这两部分的面积计算方法如下所示：
Figure BDA0002601149710000082
Figure BDA0002601149710000083
Ar2＝A1+A2 (4)
式中：
Figure BDA0002601149710000084
Figure BDA0002601149710000085
ω的定义域为：
Figure BDA0002601149710000091
令定义域右侧
Figure BDA0002601149710000092
则ω的定义域改写为：
γ≤ω≤ζ
S3：确定所述V形开口的直边刚进入流道至直边完全进入流道但所述矩形开口未进入流道过程中，阀芯转动角度ω的范围为ζ≤ω≤μ，本步骤主要确定该ω范围中流通面积Ar3与角度ω的计算公式。
随着阀芯转动，当三角形流道的直边进入流道，而直边形流道未进入流道时，流通面积为Ar3由三部分组成，分别为A3、A4、A5，这三部分的计算方法如下所示：
Figure BDA0002601149710000093
Figure BDA0002601149710000094
Figure BDA0002601149710000095
式中：λ1和b分别由下式确定，
Figure BDA0002601149710000096
Figure BDA0002601149710000097
α0表示当L＝D时阀门对应的开度α，即设当L＝D时，阀门对应的开度α为α0，结合式(8)和(9)，可解得α0。当α≥α0时，A4由式(10)确定，当α<α0时，A4由式(6)确定。
Figure BDA0002601149710000101
因此，A4的计算公式可以总结为：
Figure BDA0002601149710000102
结合式(5)-(7)可得Ar3的计算公式如式(11)所示，
Figure BDA0002601149710000103
式中，
Figure BDA0002601149710000104
Figure BDA0002601149710000105
Figure BDA0002601149710000106
ω的定义域为，
Figure BDA0002601149710000107
令定义域右侧
Figure BDA0002601149710000108
则ω的定义域为，
ζ≤ω≤μ
S4：确定所述矩形开口刚进入流道至矩形开口完全进入流道过程中，阀芯转动角度ω的范围为μ≤ω≤ωMAX，ωMAX为阀芯的最大转动角度。本步骤主要确定该ω范围中流通面积Ar4与角度ω的计算公式。
当矩形开口进入流道时，流通面积为Ar4，Ar4由三部分组成，分别为A6、A7、A8，其计算方法分别如下所示，
Figure BDA0002601149710000111
A7＝Ar3MAX-A6 (13)
Figure BDA0002601149710000112
Ar4＝A6+A7cos(ω-μ)+A8 (15)
其中Ar3MAX为ω＝μ时的流通面积Ar3。
ω的定义域为：
μ≤ω≤ωMAX(ωMAX由生产厂商或用户决定)
S5：通过数值模拟的方法，获得V型球阀在某一开度α1下的流量系数，开度α1为40％～60％之间的一个值，具体步骤如下：
步骤S51：利用三维建模软件建立V型球阀的三维模型，并获得流道模型，本实例中采用的三维建模软件为Solid Works。
步骤S52：将步骤S51所得的流道模型导入网格划分软件中，进行网格划分，本实例中采用的网格划分软件为ICEM。
步骤S53：将步骤S52所得的网格导入计算流体力学软件中，利用计算流体力学软件模拟得到V型球阀在开度α1时的流量系数KV，本实例中采用的计算流体力学软件为Fluent，湍流模型为Realizable k-ε模型。
S6：根据该开度α1对应的阀芯转动角度ω0，在S2～S4确定的流通面积计算公式中选择ω0对应的计算公式，得到阀门在开度α1时的流通面积Ar；根据S5中的模拟结果确定阀门在开度α1时的流量系数KV，再换算得到流量系数KV与流通面积Ar之间的比例系数k：
kAr＝KV (16)
S7：在阀门的三角形流道顶端处增加V形切口，使得V型球阀在开度小于γ时，依然存在流量。由于V形切口结构复杂，不宜直接求得流通面积，因此采用数值模的方法得到等效流通面积，并拟合开度与等效流通面积的关系式。具体来说，先采用数值模的方法，得到V形槽口在不同开度下的流量系数，然后将不同开度下的流量系数分别除以所述的比例系数k，换算得到不同开度下的等效流通面积AV，并根据不同开度对应的阀芯转动角度ω，拟合阀芯转动角度ω与等效流通面积AV的关系式AV＝f(ω)。
该步骤的具体子步骤如下：
S71：在阀芯转动角度0到γ之间均匀取i个转动角度(每个转动角度唯一对应一个阀门开度)，并利用三维建模软件得到不同开度时阀门的几何模型。本实施例中，i＝5。
S72：重复S5(区别在于开度值不同)，通过数值模拟的方法，获得所述V型球阀在S71中确定的i个转动角度下的流量系数；
S73：将i个转动角度下的流量系数分别除以所述的比例系数k，换算得到不同转动角度下的等效流通面积AV；
S74：将得到的i个转动角度下的等效流通面积AV，利用二次函数进行拟合，得到阀芯转动角度ω与等效流通面积AV的关系式：
AV＝f(ω)＝lω2+mω+n (17)
式中：l、m、n均为拟合系数。
S8：在S1～S7的基础上，结合式(1)-(17)并考虑到阀芯转动时，对流通面积的影响，即可得到任意阀芯转动角度ω与流通面积A的分段计算通式：
Figure BDA0002601149710000131
式中：AVMAX表示当阀芯转动角度ω＝γ时V形槽口的等效流通面积。
S9：在0开度到最大开度之间均匀取j个开度，确定其对应的j个转动角度：ω1、ω2、ω3…ωj。本实施例中可以取10个开度进行计算。结合前述式(18)的分段计算通式得到j个转动角度的流通面积，将每个转动角度的流通面积乘以前述式(16)的比例系数k，换算得到j个开度下的流量系数，从而得到阀门的流量特性曲线。
在本实施例中，代入阀门的结构参数，可以得到V型球阀在不同开度时的流通面积和流量系数，如表1所示，并得到流量特性曲线，如图3所示。
表1.V型球阀的流通面积与流量系数
Figure BDA0002601149710000132
传统V型球阀在较大开度时由于阀门的流通面积变化较快，调节性能较差，因此不利于调节，有时阀门的最大额定流量系数只能达到全开时的1/3左右。
相较于传统V型球阀，该V型球阀在大开度时其流量特性曲线的斜率更小，具有更好的调节性能，并且在小开度时增加了V型切口，增加了小开度时的调节性能，因此具有更高的可调比，可以应用于更苛刻的工况。
应当明确，所描述的实施例仅是本发明的一种实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种V型球阀，其特征在于：V型球阀的阀芯开口由连续的三段组成，阀芯流道首段为在球阀表面向阀体内部开设的V形槽口；阀芯流道中段为V形开口；阀芯流道尾端为矩形开口；
阀芯在阀体内回转过程中，V形槽口、V形开口和矩形开口依次进入流道，流道截面积递增；V形槽口进入流道时，阀芯与阀座之间的流道截面为V形槽口的断面；V形开口进入流道时，阀芯与阀座之间的流道截面为扇形；矩形开口进入流道时，阀芯与阀座之间的流道截面为三角形、矩形和弓形的组合形状，其中矩形的一组对边分别与三角形的一条边和弓形的弦重合。
2.如权利要求1所述的V型球阀，其特征在于：所述V形槽口的槽体纵断面尺寸从头到尾递增，所述V形开口从靠近阀芯流道首段一侧向阀芯流道尾段一侧逐渐扩张，所述矩形开口的高度与所述V形开口末端的高度相同，整个V型球阀以XOZ平面为中心面镜像对称，XOZ平面为穿过V型球阀球心O的水平平面。
3.如权利要求1所述的V型球阀，其特征在于：所述V形开口靠近阀芯流道首段一侧的底角设置为圆弧倒角。
4.一种如权利要求3所述V型球阀的流量特性曲线获得方法，其特征在于，步骤如下：
首先，设定流量特性曲线计算所需的V型球阀的结构尺寸参数，包括：阀芯相对于初始位置转动的角度ω，阀座直径D，阀芯半径R，三角形流道倒角尺寸r，三角形流道的张角θ，流通面积A，三角形流道顶点到阀芯球心在XOY平面上的投影距离h，三角形流道倒角顶点到阀芯球心在XOY平面上的投影距离K，矩形流道高度b；
然后，按照S1～S9确定所述V型球阀的流量特性曲线：
S1：确定所述V形槽口完全进入流道但所述V形开口尚未进入流道时，阀芯相对于初始位置所需转动的角度ω为γ：
Figure FDA0002601149700000011
S2：确定所述V形开口的圆弧倒角刚进入流道至圆弧倒角完全进入流道但直边未进入流道过程中，阀芯转动角度ω的范围为γ≤ω≤ζ，该ω范围中流通面积Ar2与角度ω的计算式为：
Ar2＝A1+A2
式中：
Figure FDA0002601149700000021
Figure FDA0002601149700000022
Figure FDA0002601149700000023
Figure FDA0002601149700000024
Figure FDA0002601149700000025
S3：确定所述V形开口的直边刚进入流道至直边完全进入流道但所述矩形开口未进入流道过程中，阀芯转动角度ω的范围为ζ≤ω≤μ，该ω范围中流通面积Ar3与角度ω的计算式为：
Figure FDA0002601149700000026
式中：
Figure FDA0002601149700000027
Figure FDA0002601149700000028
Figure FDA0002601149700000031
其中，参数λ1和L的计算公式为：
Figure FDA0002601149700000032
Figure FDA0002601149700000033
阀门开度
Figure FDA0002601149700000034
其中
Figure FDA0002601149700000035
α0表示当L＝D时阀门对应的开度α，通过参数λ1和L的计算公式确定；
Figure FDA0002601149700000036
S4：确定所述矩形开口刚进入流道至矩形开口完全进入流道过程中，阀芯转动角度ω的范围为μ≤ω≤ωMAX，ωMAX为阀芯的最大转动角度；该ω范围中流通面积Ar4与角度ω的计算式为：
Ar4＝A6+A7cos(ω-μ)+A8
式中：
Figure FDA0002601149700000037
A7＝Ar3MAX-A6
Figure FDA0002601149700000038
其中Ar3MAX为ω＝μ时的流通面积Ar3；
S5：通过数值模拟的方法，获得所述V型球阀在开度α1下的流通面积与流量系数，开度α1取值为40％～70％；
S6：根据开度α1对应的阀芯转动角度ω0，在S2～S4确定的流通面积计算公式中选择ω0对应的计算公式，得到阀门在开度α1时的流通面积Ar；根据S5中的模拟结果确定阀门在开度α1时的流量系数KV，再换算得到流量系数KV与流通面积Ar之间的比例系数k＝KV/Ar；
S7：采用数值模的方法，得到所述V形槽口在不同开度下的流量系数，然后将不同开度下的流量系数分别除以所述的比例系数k，换算得到不同开度下的等效流通面积AV，并根据不同开度对应的阀芯转动角度ω，拟合阀芯转动角度ω与等效流通面积AV的关系式AV＝f(ω)；
S8：基于S1～S7，得到任意阀芯转动角度ω与流通面积A的分段计算通式：
Figure FDA0002601149700000041
式中：AVMAX表示当阀芯转动角度ω＝γ时V形槽口的等效流通面积。
S9：在0开度到最大开度之间均匀取j个开度，确定其对应的j个转动角度：ω1、ω2、ω3…ωj，结合所述的分段计算通式得到j个转动角度的流通面积，将每个转动角度的流通面积乘以所述的比例系数k，换算得到j个开度下的流量系数，从而得到阀门的流量特性曲线。
5.如权利要求4所述的流量特性曲线获得方法，其特征在于，所述S5的具体步骤如下：
S51：利用三维建模软件建立所述V型球阀的三维模型，并获得流道模型；
S52：将S51所得的流道模型导入网格划分软件中，进行网格划分；
S53：将S52所得的网格导入计算流体力学软件中，利用计算流体力学软件模拟得到V型球阀在不同开度时的流量系数KV。
6.如权利要求4所述的流量特性曲线获得方法，其特征在于，所述S7的具体步骤如下：
S71：在阀芯转动角度0到γ之间均匀取i个转动角度；
S72：重复S5，通过数值模拟的方法，获得所述V型球阀在S71中确定的i个转动角度下的流量系数；
S73：将i个转动角度下的流量系数分别除以所述的比例系数k，换算得到不同转动角度下的等效流通面积AV；
S74：将得到的i个转动角度下的等效流通面积AV，利用二次函数进行拟合，得到阀芯转动角度ω与等效流通面积AV的关系式：
AV＝f(ω)＝lω2+mω+n
式中：l、m、n均为拟合系数。
7.根据权利要求5所述的流量特性曲线获得方法，其特征在于：所述的三维建模软件为Solidworks、Creo、Inventor、UG/NX、CATIA、ANSYS Workbench DesignModeler、ANSYSWorkbench SpaceClaim。
8.根据权利要求5所述的流量特性曲线获得方法，其特征在于：所述的网格划分软件为ICEM CFD、HyperMesh、TGrid、PointWise、ANSA、GridPro、ANSYS Workbench Mesh。
9.根据权利要求5所述的流量特性曲线获得方法，其特征在于：所述的计算流体力学软件为ANSYS Fluent、ANSYS CFX、STAR-CD、STAR-CCM、OpenFOAM。
10.根据权利要求9所述的流量特性曲线获得方法，其特征在于：所述的计算流体力学软件中，湍流模型为Standard k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型、Standard k-ω模型、BSL k-ω模型、SST k-ω模型。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113970365A (zh) * 2021-10-29 2022-01-25 华能重庆两江燃机发电有限责任公司 一种大管径大流量测量系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR920001238B1 (ko) * 1988-08-04 1992-02-08 피셔컨트롤즈 인터내셔날 인코오포레이티드 방출용 볼 밸브(Ball Valve)
CN102022568A (zh) * 2010-06-24 2011-04-20 张长海 “长形孔”风气联动节能灶前阀
CN205479461U (zh) * 2016-01-15 2016-08-17 天津首阀科技有限公司 一种气动调节球阀
CN206802373U (zh) * 2017-05-09 2017-12-26 河南华表仪控科技有限公司 一种球阀的球芯
CN207762285U (zh) * 2018-01-23 2018-08-24 东台市远洋船舶配件有限公司 流量可控可卸压球阀
CN208010964U (zh) * 2018-01-31 2018-10-26 高特自控阀门有限公司 一种可清理残留介质的v型球阀

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR920001238B1 (ko) * 1988-08-04 1992-02-08 피셔컨트롤즈 인터내셔날 인코오포레이티드 방출용 볼 밸브(Ball Valve)
CN102022568A (zh) * 2010-06-24 2011-04-20 张长海 “长形孔”风气联动节能灶前阀
CN205479461U (zh) * 2016-01-15 2016-08-17 天津首阀科技有限公司 一种气动调节球阀
CN206802373U (zh) * 2017-05-09 2017-12-26 河南华表仪控科技有限公司 一种球阀的球芯
CN207762285U (zh) * 2018-01-23 2018-08-24 东台市远洋船舶配件有限公司 流量可控可卸压球阀
CN208010964U (zh) * 2018-01-31 2018-10-26 高特自控阀门有限公司 一种可清理残留介质的v型球阀

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113970365A (zh) * 2021-10-29 2022-01-25 华能重庆两江燃机发电有限责任公司 一种大管径大流量测量系统及方法

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