[發明專利]一種V型球閥及其流量特性曲線獲得方法

有效

• 申請號: 202010724416.3
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111828671B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 吳輝;楊佳明;高志新;金志江;錢錦遠
• 申請（專利權）人: 中核蘇閥科技實業股份有限公司;浙江大學
• 主分類號: F16K5/06
• 分類號: F16K5/06;F16K5/08;F16K37/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

1.一種V型球閥的流量特性曲線獲得方法，其特征在于，所述V型球閥的閥芯開口由連續的三段組成，閥芯流道首段為在球閥表面向閥體內部開設的V形槽口；閥芯流道中段為V形開口；閥芯流道尾端為矩形開口；

閥芯在閥體內回轉過程中，V形槽口、V形開口和矩形開口依次進入流道，流道截面積遞增；V形槽口進入流道時，閥芯與閥座之間的流道截面為V形槽口的斷面；V形開口進入流道時，閥芯與閥座之間的流道截面為扇形；矩形開口進入流道時，閥芯與閥座之間的流道截面為三角形、矩形和弓形的組合形狀，其中矩形的一組對邊分別與三角形的一條邊和弓形的弦重合；所述V形開口靠近閥芯流道首段一側的底角設置為圓弧倒角；

所述流量特性曲線獲得方法步驟如下：

首先，設定流量特性曲線計算所需的V型球閥的結構尺寸參數，包括：閥芯相對于初始位置轉動的角度ω，閥座直徑D，閥芯半徑R，三角形流道倒角尺寸r，三角形流道的張角θ，流通面積A，三角形流道頂點到閥芯球心在XOY平面上的投影距離h，三角形流道倒角頂點到閥芯球心在XOY平面上的投影距離K，矩形流道高度b；

然后，按照S1～S9確定所述V型球閥的流量特性曲線：

S1：確定所述V形槽口完全進入流道但所述V形開口尚未進入流道時，閥芯相對于初始位置所需轉動的角度ω為γ：

S2：確定所述V形開口的圓弧倒角剛進入流道至圓弧倒角完全進入流道但直邊未進入流道過程中，閥芯轉動角度ω的范圍為γ≤ω≤ζ，該ω范圍中流通面積A_r2與角度ω的計算式為：

A_r2＝A₁+A₂

式中：

S3：確定所述V形開口的直邊剛進入流道至直邊完全進入流道但所述矩形開口未進入流道過程中，閥芯轉動角度ω的范圍為ζ≤ω≤μ，該ω范圍中流通面積A_r3與角度ω的計算式為：

式中：

其中，參數λ₁和L的計算公式為：

閥門開度其中

α₀表示當L＝D時閥門對應的開度α，通過參數λ₁和L的計算公式確定；

S4：確定所述矩形開口剛進入流道至矩形開口完全進入流道過程中，閥芯轉動角度ω的范圍為μ≤ω≤ω_MAX，ω_MAX為閥芯的最大轉動角度；該ω范圍中流通面積A_r4與角度ω的計算式為：

A_r4＝A₆+A₇cos(ω-μ)+A₈

式中：

A₇＝A_r3MAX-A₆

其中A_r3MAX為ω＝μ時的流通面積A_r3；

S5：通過數值模擬的方法，獲得所述V型球閥在開度α₁下的流通面積與流量系數，開度α₁取值為40％～70％；

S6：根據開度α₁對應的閥芯轉動角度ω₀，在S2～S4確定的流通面積計算公式中選擇ω₀對應的計算公式，得到閥門在開度α₁時的流通面積A_r；根據S5中的模擬結果確定閥門在開度α₁時的流量系數K_V，再換算得到流量系數K_V與流通面積A_r之間的比例系數k＝K_V/A_r；

S7：采用數值模的方法，得到所述V形槽口在不同開度下的流量系數，然后將不同開度下的流量系數分別除以所述的比例系數k，換算得到不同開度下的等效流通面積A_V，并根據不同開度對應的閥芯轉動角度ω，擬合閥芯轉動角度ω與等效流通面積A_V的關系式A_V＝f(ω)；

S8：基于S1～S7，得到任意閥芯轉動角度ω與流通面積A的分段計算通式：

式中：A_VMAX表示當閥芯轉動角度ω＝γ時V形槽口的等效流通面積；

S9：在0開度到最大開度之間均勻取j個開度，確定其對應的j個轉動角度：ω₁、ω₂、ω₃…ω_j，結合所述的分段計算通式得到j個轉動角度的流通面積，將每個轉動角度的流通面積乘以所述的比例系數k，換算得到j個開度下的流量系數，從而得到閥門的流量特性曲線。