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    旋塞閥任意行程開(kāi)度下通流面積計(jì)算方法

    2014-03-22 12:00:54張春杰楊銀山尹昱淞
    計(jì)量技術(shù) 2014年11期
    關(guān)鍵詞:通流球閥計(jì)算公式

    張春杰 楊銀山 尹昱淞 李 折

    (中國(guó)石油大學(xué)(北京)機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)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(jiǎn)單、能夠?qū)崿F(xiàn)快速開(kāi)閉和遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于石油石化、天然氣輸送、高精度計(jì)量等多個(gè)行業(yè),在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,球閥的開(kāi)閉狀態(tài)往往是通過(guò)其行程開(kāi)度來(lái)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(guò)計(jì)算給出任意開(kāi)度下更為簡(jiǎn)單[1-2]的旋塞閥的通流面積計(jì)算公式。

    1 旋塞閥通流面積計(jì)算模型建立

    將旋塞閥中的主要部件進(jìn)行簡(jiǎn)化,建立如圖1所示的物理模型[3-5]。

    由圖1所示,閥門(mén)任意開(kāi)度時(shí)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(mén)閥芯入口流道形狀

    圖2 平面視圖下旋塞閥轉(zhuǎn)過(guò)任意角度時(shí)的通流面積

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

    2 任意角度下旋塞閥通流面積計(jì)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(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)(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(diǎn)M的橫坐標(biāo)為:

    (9)

    ∠MO1P=2∠MO1N=2arccos(x/r)

    (10)

    (11)

    將以上公式進(jìn)行整理,最終得到旋塞閥轉(zhuǎn)過(guò)任意角度時(shí)的通流面積計(jì)算公式(12),面積開(kāi)度計(jì)算式(13):

    (12)

    (13)

    3 旋塞閥完全關(guān)閉位置計(jì)算

    旋塞閥的轉(zhuǎn)動(dòng)行程一般為90°,但根據(jù)圖1所示,旋塞閥完全關(guān)閉時(shí)并未轉(zhuǎn)過(guò)90°,而是在某個(gè)位置時(shí)完全關(guān)閉。如圖2所示,當(dāng)點(diǎn)N到達(dá)圓O1的邊界(點(diǎn)F)時(shí)旋塞閥完全關(guān)閉,此時(shí)滿(mǎn)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(jì)算程序,通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)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(jì)算精確度P;輸出變量為閥門(mén)完全關(guān)閉時(shí)的旋塞閥轉(zhuǎn)過(guò)的角度a,閥芯角度從全開(kāi)位置旋轉(zhuǎn)超過(guò)角度a時(shí),屬于無(wú)效行程。

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

    Angle_Start=-20;

    視域可見(jiàn)度與全局整合度相關(guān)性分析,常用作衡量一個(gè)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(gè)空間系統(tǒng)的能力,也可以稱(chēng)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(jì)算公式,將行程開(kāi)度(角度)換算為通流面積,能夠更加直觀地體現(xiàn)閥門(mén)的開(kāi)閉情況,同時(shí)給出了旋塞閥的有效行程角度計(jì)算公式,能夠用于流量控制和高精度計(jì)量的相關(guān)研究。

    [1]練章華,宋周成,樂(lè)彬,陳浩,李?lèi)倸J,王德玉.旋塞閥結(jié)構(gòu)流道開(kāi)度推導(dǎo)及其沖蝕速度分析[J].石油機(jī)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(jì)[J].閥門(mén),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(kāi)元.電動(dòng)閥門(mén)行程控制機(jī)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(jī)閥門(mén)流量特性分析與優(yōu)化[J].南方電網(wǎng)技術(shù),2010(S1):72-75

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