截止阀内部的介质流动和空化特性分析

徐洁,王学鹏,张云建

摘要:通过对截止阀进行认真的观察，发现其具有复杂性，其中包括较多的内容，主要是由阀体、阀瓣、阀盖、阀杆等多个部分共同组合而成，将其加入到石油、化工、电力等多个行业当中去，都呈现出了较好的工作效果。因此，本篇文章主要对截止阀内部的介质流动与空化特性进行认真的分析，以作参考。

关键词:截止阀内部；介质流动；空化特性；

众所周知，截止阀在石油、化工 电站、管线、造纸等多个领域当中都得到广泛应用，备受人们的关注与重视，其最大的结构特点就是特别简单，密闭性好，使用时间较长，而且非常容易加工，现如今已经真正实现批量化的生产。但是不可否认的是，现在市面上制作与生产截止阀的厂家非常多，导致其质量出现参差不齐等问题，在价格方面更是出现竞争异常激烈情况。应该运用怎样的方法，才能够高质量设计以及制造截止阀，确保产品的安全，已经成为截止阀生产企业发展过程当中深入思考的问题。基于此，本文下面主要对截止阀内部的介质流动与空化特性展开探讨。

1、概述

在管道输送系统当中，阀门扮演主要“角色”，可以起到介质的通断、节流、调节等多项作用。管路系统当中就为常见的阀门就是截止阀，它可以为生活用水的有序输送以及重型工业燃料的输送提供极大帮助，主要依托阀瓣和阀杆，沿着阀座中心的直线运行，最终实现介质截断或者调节目标。通过对截止阀主要结构进行认真的分析和研究，发现非常容易出现空化问题，之后所产生的空泡对截止阀会产生极大影响。例如：发生较为严重的噪声、出现较大的震动情况等。为了防止截止阀内部出现较为严重的空化问题，相关学者就需要针对截止阀内部进行深入研究与分析。

2、截止阀的主要特点分析

截止阀的结构形式决定它具备多项特点。其一:结构较为简单。通过对截止阀的外观进行认真观察，会发现其法阀体特别简单，结构长度偏短，已经可以在多个范围领域当以发挥出重要作用。而且正是因为其结构简单这一特点，所以给予后期维护工作奠定基础和提供了帮助。其二:截止阀与闸阀进行比较，二者之间还差异性较大。前者工作行程小，起闭时间非常短。其三:密闭性非常好、使用时间较长。其四:流体阻力较大，在开启和关闭的过程当中需要的力较大。

3、物理模型

文章当中所研究的截止阀内部口径为 D＝102mm，主要是由浙江石化阀门有限公司设计工作人员，以自行的方式进行研发。手轮、支架、阀杆、阀盖、阀瓣、阀体、各种连接件、密封件是截止阀的主要结构。首先需要做的就是对截止阀当中的介质流动区域进行提取，上游管道被延长至截止阀内径的10倍左右；下游管道被延长至截止阀内径的15倍，这样流动介质得到充分的发展，工作人员在进行截止阀内部空化现象研究的过程当中也会更加顺利。

本篇文章主要用温水为重要介质，针对截止阀内部的空化问题进行研究，3. 5m/s秒与5 .5m/s是截止阀入口速度，入口边界条件为压力出口，出口压力为标准大气压。流体体积法与均质混合方法是现如今使用最多的多相流模型。流体体积方法的使用，可以将较为明显的汽液交界面计算出来，但是还需要更多精细化的网格和较大的计算资源给予帮助。均质混合方法的使用，虽然不能够得到更加准确的气液交界面，但是此模型需要的计算资源非常少， 而且计算稳定性也非常好。图1是截止阀三维结构图。图2是截止阀50%开度计算域图。

                 

图1   截止阀三维结构示意图

 

图2    截止阀50%开度计算域示意图

伴随着时间的不断推移，介质流过截止阀的入口，因为截止阀自身的结构设计，造成截止流通的面积在不断减小，截止阀入口位置，介质流速与上游管道的介质流水线比较偏大一些。介质流经阀瓣底部的时候，阀瓣对介质的流通产生一定的影响 (起到阻碍的作用 )，在阀瓣与阀体的间隙，介质在流动，其流通面积较小，阀瓣底部的介质速度增加。阀瓣周围的流场出现混乱情况，随着进口速度的不断提升，截止阀出口流出的介质速度也在随之增加，特别是截止阀出口的底部。当进口速度为5. 5m/s时，会形成一个高速区域。截止阀进口的速度在不断提升当中，上游管道当中的压力，并未处在一场不变的状态当中，也出现了逐渐增大的态势。当与截止阀出口的位置相近时，会出现一个低压区，伴随着进口介质流速的增加，低压区的压力会慢慢下降。介质压力较为平稳的区域，当属上游管道位置。截止阀内部的介质所出现的压力波动情况非常明显，入口速度偏大，压力波动的范围也会越大，截截止阀的下游管道处，两种情况之下介质压力全部下降到相同的压力值，经过认真观察的时候，还能够发现截止阀的内部压力出现下降到常温水的饱和蒸汽压的情况，特别是当介质的入口为每秒5. 5m/s时，压力降低到常温水的饱和蒸汽压的情况特别明显，这样的情况就说明截止阀内部有很大的可能性出现空化问题。截止阀在设计工作当中，工作人员需要针对截止阀密封面以及阀瓣密封面的强度进行认真观察，且进行科学设计，避免问题的出现。

4、截止阀制造质量提高的方法

众所周知，将高质量的原材料加入到具体工作过程当中去，才能够体现出更好的工作效果，所以工作人员需针对于阀体、阀瓣、阀盖等使用碳钢锻件、铸件质量进行认真检查，并且以多次、反复的方式进行检查，确保使用的材质完全符合图纸当中的要求。另外，工作人员还需要针对每个零件加工主要过程进行强有力的监督与管理。在零部件生产期间 工作人员需要针对于阀门尺寸、壳体的实际厚度进行认真检查，压力试验与无损检测是重要的关键点，针对每个部分，监造人员必须要进行场见证，并且签字。阀门尺寸检查主要内容包括，其一：阀门结构长度是否出现偏差问题；其二：法兰连接阀门的密封面平行度是否出现问题等，不仅如此，还需要确保阀门清洁，无任何污渍。在压力检验工作者展开之前，需对生产过程的所有资料进行认真检查，保证全部检测项目合格，连接部件的紧固件，齐全结合相关的标准要求，选择出恰当的量程压力表。

结束语:

总之，在石油、化工等行业当中都可以见到截止阀的身影，截止阀正是凭借结构简单等优势与特点，所以得到多个行业的重视以及广泛的应用，其质量与管线和设备安全运行之间都紧密关系。据了解，现阶段国内截止阀制造厂家生产水平出现良莠不齐等问题，甚至存在小规模、家庭作坊式的企业，对于截止阀的质量产生一定的影响。因此，在截止阀建造的过程当中，需要严格遵循相关标准，并对截止阀的制造加大监督与管理的力度，进一步提高其质量，为截止阀行业更加有序、健康的发展奠定基础。

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