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                 风量调节蝶阀的风量计算及选型

                  上海申弘阀门有限公司

之前介绍蒸汽截止阀热损失，现在介绍风量调节阀是用来平衡通风除尘系统的阻力及调节风量的，广泛应用于冶金、建材、化工、电力等行业。但目前在除尘系统中使用的插板阀及蝶阀均存在耐磨性能差、阀出口处流场不均匀等缺点，特别是当除尘管道中粉尘浓度高，且粉尘具有很强的磨损性时，若安装插板阀或蝶阀，不仅会造成阀体本身的磨损，而且会导致阀后的直管、弯管或三通等管件的磨损。一般风量调节阀易被磨损的主要原因是因为阀体结构设计不合理，从而导致含尘气流通过风量调节阀时流场急剧变化，产生偏流，粉尘在离心力和惯性力的作用下，几乎全部与阀体发生切削碰撞，由磨损机理及其影响因素可知[1，2]，这必然会引起粉尘对风量调节阀及管件的磨损加剧，造成较大的经济损失。  

   调节蝶阀的主要优点是它的结构简单，体积小重量轻，造价低，气动碟阀该特点尤其显著，安装在高空暗道，经过二位五通电磁阀控制操作方便，也可调节流量介质。流体阻力较小，中大口径的气动碟阀全开时有效流通面积较大，启闭迅速省力，碟扳旋转90角度即可完成启闭，由于转轴两侧碟板手介质作用力接近相等，而产生的转矩方向相反，因而启闭力矩较小，低压下可实现良好的密封，碟阀密封材料有丁晴橡胶、氟橡胶，食用橡胶，衬四氟故密封性能良好，其中硬密封碟阀为软硬层叠式金属片具有金属硬密封和弹性密封的重优点，无论在低温情况下均具有优良的密封性能。

风量调节阀的主要技术性能：
使用温度：－50℃～250℃。 
流量特性：叶片对开时流量特性为等百分比特性。  
泄漏率：低泄漏型风量调节阀＜0.5%，普通型风量调节阀＜2%。 
驱动方式：手动、电动、气动。  
风量调节阀是我公司开发生产的新型风量调节阀。 具有结构简单合理、漏量小、摩擦力矩小、运转灵活、叶片刚性好、耐腐蚀、品种齐全等优点。其性能及各项参数指标已超过jb/t7228-94标准之规。可广泛应用在工业和民用空调及通风系统之中，以达到控制风量的目的。

风量调节阀的主要特点：
风阀的框架和叶片均采用镀锌钢板；联杆、方轴等采用45#钢镀锌，耐腐蚀性好。风阀叶片采用1.00mm镀锌钢板冷轧成瓦楞状，双层焊接复合而成，具有*的刚性和强度。 选用烧结青铜含油轴承，摩擦力矩小，无需维护。 低泄漏量风量调节阀采用特种的高温弹性橡胶作为密封材料，泄漏量极低。风阀外形有矩形和圆形两种，圆形风道上选用圆形风阀，解决了圆形风阀泄漏量大的缺点。  
风量调节阀品种多，规格全，可根据用户要求，选用适用的品种，达到*性能价格比，降低工程造价。 由若干单体阀可组成组合阀，组合阀中各单体阀可联动同步运转。
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：ag亚博网站-ag亚博国际,电动截止阀,气动截止阀,电动蝶阀,气动蝶阀本研究根据多孔射流扩散及射流叠加原理，提出一种耐磨风量调节阀结构，并对其流场进行数值模拟，同时与插板阀的流场进行比较，以便为耐磨风量调节阀的结构设计提供依据。
1 耐磨风量调节阀的结构及原理
耐磨风量调节阀的结构如图1所示。它由阀体、活动多孔板、带导流板的固定多孔板、调节螺杆、固定螺母、开度指示器及调节手柄等组成[3]。活动多孔板与固定多孔板的开孔情况可完全一样，开孔形式为条形，条形孔的宽度一般为20mm，孔桥的宽度与条形孔的宽度可相等。
阀的初始状态为全开，即活动多孔板与固定多孔板的孔完全重合，开度zui大，转动调节手柄即可带动活动多孔板向右移动，阀的开度逐渐减小，阀的开度由开度指示器显示。
该阀利用小孔（条形孔）射流扩散及叠加原理，使气流在较短的距离内均匀混合。气流通过活动多孔板及固定多孔板后，在有限空间内，平行射流相互叠加、掺混。由图2可见，当相互叠加的两股平行射流距离较近时，射流的发展将互相影响.在汇合之前，每股射流独立发展，汇合之后，射流边界相交，互相干扰重叠，逐渐形成一股总射流，总射流充分发展后，即可在较短的距离内均匀混合，从而使速度沿阀体断面均匀分布[4]。
另外，由于采用多孔结构，粉尘浓度沿断面分布比较均匀，同插板阀及蝶阀相比，与阀体发生切削碰撞的粒子数目大大降低，且粉尘与阀体的碰撞角度避开了易磨损的范围（粉尘的入射角对磨损具有较大的影响，当入射角在20°~30°时，磨损性zui大[3]），从而减轻了粉尘对阀体的磨损。

2 数学物理模型及数值计算方法
2.1 物理模型
耐磨风量调节阀的结构如图3（a）所示，阀内径d0=200mm，阀体高度h=300mm，条形孔及孔桥的宽度均为20mm，活动多孔板与带导流板的固定多孔板相互错开10mm，此时阀的开度为50%，导流板的长度为60mm，阀出口处加长管长度为300mm。另外为了进行流场的比较，这里提出一种常见的插板阀结构如图3（b）所示，其开度与耐磨风量调节阀相同。
2.2 数学模型及计算方法
rng k-ε模型是一个双方程的湍流模型，它是从原始的基本方程推导而来的，模型的系数以理论结果为依据，不需要借助任何实验结果[5]。文献[6，7]应用此模型模拟湍流流动，结果表明：rng k-ε模型优于标准的是k-ε模型。因此本研究从工程实用性角度和模拟湍流的适用性出发，利用rng k-ε模型来模拟阀内的湍流流场。
模拟计算采用的软件是由fortran90开发的，网格划分采用数学级数法，并在条形孔处进行局部加密，压力场和速度场的耦合采用sim-ple算法求解。

2.2.1 基本方程及封闭模型
三维气相湍流流动守恒方程组包括连续性方程、动量方程和rng k-ε方程，可以表达成通用形式
div（ρvφ）-div（γgradφ）=sφ （1）
式中：φ在连续性方程中取1，在动量方程中表示u，v和w三个方向的速度，在rng k-ε湍流模型中表示湍动能k和耗散率ε；sφ表示源项。
2.2.2 边界条件
入口边界为w=17m/s，壁面边界为无滑移边界条件，出口为充分发展条件。

3 数值模拟结果分析
模拟结果如图4及图5所示，从图4（a）的速度矢量图可以看出，当耐磨风量调节阀开度为50%时，固定多孔板的出口处流场变化较大，但是经过导流板后，在导流板出口处流场开始变得比较均匀，没有出现回流和偏流现象。另外从图5（a）可知，在耐磨风量调节阀的出口处，即高度z=0.3m处，流体运动速度沿断面分布就较均匀了。对于含尘气流，在通过多孔板后，粉尘浓度沿阀体断面分布是比较均匀的，这样与阀体发生切削碰撞的粉尘数量很少，并且由于速度比较低，因此对阀体的磨损将大大减轻.而对于插板阀，当开度为50%时，从图4（b）可以看出，在阀体内及出口处，出现了严重的偏流和回流现象，即使是在加长管的出口处，这种现象仍然存在，气流偏向一侧。若为含尘气流，绝大部分粉尘将会以很高的速度与阀体一侧发生切削碰撞，由于磨损与速度的三次方成正比[因此这必然会导致粉尘对阀体的磨损加剧.另外，由图5（b）可知，在插板阀的出口处，即z=0.3m，速度沿断面的分布很不均匀，这将会使阀后的管件磨损加剧。

通过对比分析可以看出，在气流通过耐磨风量调节阀和插板阀后，前者在很短的距离内即可使气流速度变得比较均匀，而后者则需要很长的距离.上述模拟结果表明，耐磨风量调节阀的原理及结构是合理的，不论是对阀的本体，还是对其后的管件，均具有较好的防磨效果。与一般的插板阀相比，耐磨风量调节阀具有使用寿命长、安装位置不受限制、调节方便等优点，可应用于除尘系统中进行阻力平衡和风量调节，其应用前景广阔。与本文相关的产品有：化工污水耐腐蚀双相钢减压阀