張春杰　楊銀山　尹昱淞　李　折

(中國石油大學(xué)(北京)機械與儲運工程學(xué)院，北京 102249)

0　引言

以球閥、柱塞閥為代表的旋塞閥由于具備流體阻力小、結(jié)構(gòu)簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)快速開閉和遠程控制等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于石油石化、天然氣輸送、高精度計量等多個行業(yè)，在實際應(yīng)用過程中，球閥的開閉狀態(tài)往往是通過其行程開度來衡量的，但旋塞閥的通流面積與行程之間并非線性關(guān)系。本文通過計算給出任意開度下更為簡單[1-2]的旋塞閥的通流面積計算公式。

1　旋塞閥通流面積計算模型建立

將旋塞閥中的主要部件進行簡化，建立如圖1所示的物理模型[3-5]。

由圖1所示，閥門任意開度時的流道面積由閥芯流道和閥體流道的重疊部分確定。將圖1轉(zhuǎn)化為平面視圖后，如圖2所示。

圖1　閥門閥芯入口流道形狀

圖2　平面視圖下旋塞閥轉(zhuǎn)過任意角度時的通流面積

圖2中，∠a為閥芯轉(zhuǎn)過角度；O1、O2分別為閥體和閥芯流道截面在垂直于流體來流方向上的投影圓、橢圓的圓心；SMEPF即為閥門任意開度下的通流面積。

2　任意角度下旋塞閥通流面積計算

SFlow=SMEPM+SMFPM

(1)

(2)

(3)

其中，MO1P為橢圓圓弧，MO2P為正圓圓弧，SSectorMO2P為圓O1的扇形面積，SSectorMO1P為圓O2的扇形面積；

(4)

(5)

其中：

SO1=pr2

(6)

SO2=pr2·cosa

(7)

將O1點作為坐標(biāo)原點(0,0)，圓O1的解析式為：x2+y2=r2

(8)

L為橢圓和圓的圓心距。聯(lián)立圓和橢圓方程，即可解得點M的橫坐標(biāo)為：

(9)

∠MO1P=2∠MO1N=2arccos(x/r)

(10)

(11)

將以上公式進行整理，最終得到旋塞閥轉(zhuǎn)過任意角度時的通流面積計算公式(12)，面積開度計算式(13)：

(12)

(13)

3　旋塞閥完全關(guān)閉位置計算

旋塞閥的轉(zhuǎn)動行程一般為90°，但根據(jù)圖1所示，旋塞閥完全關(guān)閉時并未轉(zhuǎn)過90°，而是在某個位置時完全關(guān)閉。如圖2所示，當(dāng)點N到達圓O1的邊界(點F)時旋塞閥完全關(guān)閉，此時滿足式(14)：

(14)

式(14)中x的解析式較為復(fù)雜，這里給出基于MATLAB的迭代計算程序，通過調(diào)節(jié)計算精度，輸入變量為旋塞閥閥芯半徑R，閥芯流道半徑r，以及計算精確度P；輸出變量為閥門完全關(guān)閉時的旋塞閥轉(zhuǎn)過的角度a，閥芯角度從全開位置旋轉(zhuǎn)超過角度a時，屬于無效行程。

function[a]=Valve_Closing_Position_Calculate(R,r,P)

Angle_Start=-20;

視域可見度與全局整合度相關(guān)性分析，常用作衡量一個空間區(qū)域中局部空間結(jié)構(gòu)能否有助于人們建立起整個空間系統(tǒng)的能力，也可以稱為“智能度”.在整體空間中選取局部區(qū)域，可從整體系統(tǒng)的角度分析該區(qū)域與整體空間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，即該區(qū)域的空間系統(tǒng)智能性.

Angle_Step=10;

while Angle_Step>P

for a=Angle_Start:Angle_Step:90

x=nthroot(R^2-r^2,2)*sin(a/180*pi)/(cos(a/180*pi)+1);

ifx>r

break

end

end

Angle_Step=Angle_Step/10;

Angle_Start=a-Angle_Step;

end

end

4　結(jié)論

本文給出了目前應(yīng)用廣泛的旋塞閥在任意轉(zhuǎn)角下的通流面積計算公式，將行程開度(角度)換算為通流面積，能夠更加直觀地體現(xiàn)閥門的開閉情況，同時給出了旋塞閥的有效行程角度計算公式，能夠用于流量控制和高精度計量的相關(guān)研究。

[1]練章華,宋周成,樂彬,陳浩,李悅欽,王德玉.旋塞閥結(jié)構(gòu)流道開度推導(dǎo)及其沖蝕速度分析[J].石油機械,2008(7):15-18,88

[2]金家東,王建輝.調(diào)節(jié)閥通流面積設(shè)計[J].閥門,2000(5):8-10

[3]方顯明.SolidWorks Simulation圖解應(yīng)用教程(一)[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2009(7):106-109

[4]馬開元.電動閥門行程控制機構(gòu)[J].華北電力技術(shù),1985(8):43-45

[5]張曦,黃衛(wèi)劍,朱亞清,張紅福.汽輪機閥門流量特性分析與優(yōu)化[J].南方電網(wǎng)技術(shù),2010(S1):72-75