3 渐扩渐缩管的驱动力矩特性分析

蝶阀转动所需要的总驱动力矩To等于阀板的气动力矩Tm和摩擦力矩Tf的和,其中Tf随着阀板的转动变化很小,可以忽略,故阀板的驱动力矩近似等于气动力矩,其计算公式为:

式中:F_x、F_y分别为阀板单位面积上沿x、y方向所受的作用力;n为网格节点总数。采用FLUENT中的Report工具进行求解,结果如图9所示。由图9可以看出,与在直管中相比,增加渐扩渐缩管后阀板的驱动力矩有一定程度的减小;两种不同的管道中,蝶阀阀门开启后,随着开度的增大,阀板的力矩特性均呈先单调递增,达到最大值后蝶阀力矩又开始单调递减的规律,直管和渐扩渐缩管中阀 板开度分别为76°和63°时其力矩达到最大值,最大值分别为2611N·m和1475N·m,渐扩渐缩管中阀板驱动力矩的最大值相对于直管中阀板驱动力矩的最大值减小了约44%。

综上分析可知,与蝶阀在直管中安装的情形相比,开度相同时,在渐扩渐缩管中蝶阀阀板的驱动力矩更小,产生最大驱动力矩的起始开度也较小。

图9 阀板驱动力矩曲线

加装渐扩渐缩管后,蝶阀阀板的驱动力矩特性曲线较直管中蝶阀阀板的驱动力矩曲线平缓。较小的驱动力矩值和平坦的力矩曲线,更有利于对蝶阀阀板开度乃至蝶阀流量的精确控制。

4 结论

(1)蝶阀安装在直管中,气流通过阀板时,由于钝体绕流作用,气流绕过阀板边缘后发生边界层分离,使阀板背面产生漩涡,并且随着阀门开度增大,漩涡减弱,气流最大速度出现在气流穿过阀板时下出流开口处。

(2)增加一段渐扩渐缩管有利于降低管道中的负压强度,降低阀板下出流开口处的最大气流速度,消除阀板小开度时阀板附近产生的漩涡,但是在阀板开度较大时在阀板附近还是有较小的漩涡产生。

(3)增加一段渐扩渐缩管有利于改善阀板的驱动力矩。增加渐扩渐缩管段后,阀板驱动力矩的最大值减小了约44%,更有利于对蝶阀阀板开度乃至蝶阀流量的精确控制。