张冬梅，张世富，韩 凯，杨泽林，杨东宇

（解放军陆军勤务学院 军事供油工程系，重庆401331）

摘 要：高液位控制阀自动关阀的关阀特性十分重要，此项功能的良好实现是油料加注安全平稳结束的保证。若是主阀关闭太慢或是不能关闭，便会造成溢油事故，危害人员和装备的安全；若是主阀关闭太快，则会造成强烈的水击，严重时甚至会损害装备，给操作人员的人身安全带来极大的威胁。为掌握高液位阀的关阀特性，运用Fluent软件对其进行模拟仿真研究。

关键词：高液位阀；关阀特性；仿真研究；分析

前言

本文提出一种一体式高液位控制阀，参考相关阀门设计标准，对高液位控制阀的关键结构进行结构设计。并运用仿真模拟的方法对其关阀特性进行研究，得到关阀过程中的受力情况变化图，以及关阀过程的总流量。

1 关阀受力分析

高液位控制阀的关阀动力学过程如图1所示。油料启闭导阀开启后，阀门主流道内的高压流体便不断流入主阀阀芯内腔，阀芯不断向前移动，直至完全关闭。在此过程中，阀芯的开度、阀芯前后的压力，阀门的流量都在发生着变化，这些因素将直接或间接决定主阀的关阀过程。

图1 主阀结构简图

其中，阀芯的运动直接影响着阀门的关阀特性。阀芯的运动学微分方程为：

式中p₂、S₁——阀芯内腔压强及受压面积，Pa、m²；

p₃、S₂——阀芯侧腔压强及受压面积，Pa、m²；

p₄——阀芯前腔压强，Pa；

F_k——弹簧弹力，N；

F_w——瞬态液动力，N；

f ——阀芯与阀体间的摩擦力，N；

M——阀芯质量，kg；

x ——阀芯位移，m；

β——粘性阻尼系数；

t——关阀时间，s。

由于阀门关阀速度很小，式（1）中的粘性力βdx/dt占阀芯所受合力的比重很小，可以忽略；瞬态液动力是因阀芯运动造成的流体速度变化而产生的惯性力，所占比重较小，也可以忽略。近似认为主阀的摩阻损失全集中在阀口处，即p₃=p₁；阀芯侧腔与主阀流道相连的小孔直径较大，因此通过此小孔的流体流速比较缓慢，流体的压力损失很小，可近似认为小孔处主阀流道的压力与阀芯侧腔的压力相等；阀芯运动方程可以简化为：

弹簧弹力：

式中k——弹簧弹性系数，N m；

x₀——弹簧预压缩量，m。

流道切换导阀的流量公式为：

式中Q ——由主阀流道经启闭导阀到阀芯内腔的流量，m³/s；

C——流道切换导阀阀口的流量系数；

A——流道切换导阀阀口的过流面积，m²；

p₁、p₂——启闭导阀前后的压力，Pa；

ρ——流体的密度，kg/m³。