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针对偏心半球阀流体流场的数值模拟分析

偏心半球阀以其开启力小，关闭时能破除结垢障碍，流体阻力小等优点，得到广泛的应用。在偏心半球阀试验和使用过程中难以观察流体在阀体内部流场的分布情况，对数据进行检测难以实现，因此开展阀门流体流场的数值模拟分析，对设计和产品结构优化具有重要意义。根据分析结果对偏心半球阀阀瓣结构进行了改进。在密封件安装槽的表面上涂一薄层润滑脂，在橡胶密封件上涂一薄层润滑脂，阀杆的密封面及摩擦面上涂一薄层润滑脂。改进后的偏心半球阀流阻系数减低，流通性能提高。

运用有限元分析软件Ansys，对DN500偏心半球阀不同开度情况下的流场形式进行了数值模拟分析。偏心半球阀和法兰闸阀是同属一个类型的阀门，区别在它的关闭件是个球体，球体绕阀体中心线作旋转来达到开启、关闭的一种阀门。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向。从上述五种不同的偏心半球阀型号可以看出，偏心半球阀的应用日益细分，足见其的受欢迎程度较为广泛。二片式球阀，三片式球阀，是近年来被广泛采用的一种新型阀门。

关于硬密封偏心半球阀采用的偏心曲轴讲解 硬密封偏心半球阀采用了偏心曲轴，使得阀门具有良好的自密封性。硬密封偏心半球阀采用偏心曲轴，使得球冠中心线与阀门流道中心线偏离一个偏心距e。而闸阀的密封面在启闭的频繁往复运动中，混流介质结垢沉淀于阀体下部空腔，截止阀完全依靠正压力实现密封，阀座上的结垢无清理能力，二者盘根的经常反复磨损容易造成闸阀、截止阀的内泄外漏。金属密封副采用先进的数控加工工艺，密封面经过单独和研具相互研磨，保证阀门密封效果。

在阀门开启时，曲轴转过一个很小的角度，球冠就会离开阀座，球冠和阀座不再接触；反之硬密封偏心半球阀在阀门关闭过程中，只有在关闭瞬间，球冠才和阀座接触。硬密封偏心半球阀的这种结构使得球冠和阀座得到充分的保护，较大限度地减少了磨损，延长了阀门的使用寿命。启闭时半球阀与阀座的剪切作用，因陶瓷具有的自洁性及自润滑性，能切去密封面上的结垢及粘连物，能保持密封严紧。

偏心半球阀损坏的原因

1 损坏原因分析

根据客户使用情况调查，应用于固体颗粒工段的金属硬密封球阀，故障频率较高，容易出现内漏、卡涩等故障，通常金属硬密封在线运行时间多为半年左右，甚至两三个月就出现故障，这也成为制约整个装置长期运行的瓶颈。

1.1 内漏原因分析

球阀内漏与工艺介质的性质、运行条件、密封副涂层材料的选择等因素相关。球阀内漏主要原因：密封面涂层冲刷；介质对密封面的剥落与腐蚀。一研究表明，金属硬密封球阀、密封副涂层之间存在着粘结的现象，如果密封副涂层选取不合适，密封面之间就会产生严重的粘结，在开关过程中密封面之间就严重拉伤。正向介质压力增大时阀板斜圆锥表面与阀座密封面挤压越紧偏心半球阀密封效果越好。球阀在开启瞬间，由于上下游相对压差较大流通间隙较小，流速较快，此时固体颗粒介质会对球阀密封副涂层产生强烈的冲刷，随着球阀开关频率不断增加，冲刷增加，导致球阀严重内漏。

1.2 卡涩及开关不到位原因分析

固体颗粒用球阀出现卡涩及开关不到位的直接原因：密封面拉伤；固体颗粒介质在阀腔内堆积；轴承、轴套等不做硬化处理或设计结构不合理。有些工段开启压差很大，温度较高，导致密封面摩擦力较大，开关所需的克服摩擦力所做的功大部分转化为热能，升高了密封面的温度，更加增大了附着磨损和氧化磨损的趋势。随着开关次数的增加，密封面很容易拉伤，造成开关卡涩。采用双重轴承设计和轴套硬化处理，既增加阀杆转动的旋转点，又通过增加不同硬度的硬化材料提高了双重轴承和轴套硬化的耐磨性和强度，保证了阀门长期高频率的开关而不会导致阀杆与轴承、轴套拉伤。因堆焊不同合金(或组合球)双金属密封副的选配可以用于耐磨、耐腐蚀、耐高温且要求严格密封的工况。

涡轮传动偏心半球阀优点：

1．侧装式结构紧凑、阀门质量轻，适用于对阀门安装空间有要求的场合。

2．流体阻力小，其阻力系数与同长度的管段相等。

3．结构简单、体积小、重量轻。

4．具有切削功能，在关闭时能将介质中杂物（树枝、纺织袋等）切断

5．紧密可靠，球阀的密封面材料广泛使用塑料、密封性好，在真空系统中也已广泛使用。

6．操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转90°，便于远距离的控制。

7．维修方便，球阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸更换都比较方便。

8．在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀。

9．适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。 球旋转90度时，在进、出口处应全部呈现球面，从而截断流动。

偏心半球阀产品按用途分为：通用阀、管线阀、料浆阀、燃气阀、石油化工阀、煤粉喷吹阀六大系列。传动方式有手动、气动、电动三种，八个压力等级（PN0.25～10.0Mpa）数百个规格(40～1000)的半球阀产品。在石油、化工、冶金、电力、燃气等行业是闸阀、截止阀、Y型阀、球阀的更新换代产品。偏心半球阀在已知的蝶阀技术中，其密封形式多采用密封结构，密封材料为橡胶、聚四氟乙烯等。目前已在钢铁行业的煤粉喷吹，氧化铝行业的矿浆、母液和氧化铝fen输送，电力行业的水力（或干）除灰，石化行业，燃气行业等场合。