針對偏心半球閥流體流場的數值模擬分析

偏心半球閥以其開啟力小，關閉時能破除結垢障礙，流體阻力小等優點，得到廣泛的應用。在偏心半球閥試驗和使用過程中難以觀察流體在閥體內部流場的分布情況，對數據進行檢測難以實現，因此開展閥門流體流場的數值模擬分析，對設計和產品結構優化具有重要意義。根據分析結果對偏心半球閥閥瓣結構進行了改進。改進后的偏心半球閥流阻系數減低，流通性能提高。引入并應用DATAFOR、GEMARC/AUTOFORGE、DEFORM、LARSTRAN/SHAPE和THERMOCAL等模擬程序，實現計算機設計和熱加工的過程控制。

運用有限元分析軟件Ansys，對DN500偏心半球閥不同開度情況下的流場形式進行了數值模擬分析。偏心半球閥和法蘭閘閥是同屬一個類型的閥門，區別在它的關閉件是個球體，球體繞閥體中心線作旋轉來達到開啟、關閉的一種閥門。球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質的流動方向。二片式球閥，三片式球閥，是近年來被廣泛采用的一種新型閥門。（2）氣動球閥的安裝要盡可能使閥門與管路法蘭同心，并加支撐固定。

關于硬密封偏心半球閥采用的偏心曲軸講解 硬密封偏心半球閥采用了偏心曲軸，使得閥門具有良好的自密封性。硬密封偏心半球閥采用偏心曲軸，使得球冠中心線與閥門流道中心線偏離一個偏心距e。金屬密封副采用先進的數控加工工藝，密封面經過單獨和研具相互研磨，保證閥門密封效果。裝配前閥座密封面與球體面應配研，然后將球體置于關閉位置，安裝左閥體，調整墊片，擰緊螺釘，靜壓不漏，則此閥在密封試驗下即可保證密封。

在閥門開啟時，曲軸轉過一個很小的角度，球冠就會離開閥座，球冠和閥座不再接觸；它的維護方法分以下三種情況：一、電動偏心半球閥安裝前：1、核對半球閥標注通徑，壓力，溫度是否符合使用工程條件。反之硬密封偏心半球閥在閥門關閉過程中，只有在關閉瞬間，球冠才和閥座接觸。硬密封偏心半球閥的這種結構使得球冠和閥座得到充分的保護，較大限度地減少了磨損，延長了閥門的使用壽命。

偏心半球閥損壞的原因

1 損壞原因分析

根據客戶使用情況調查，應用于固體顆粒工段的金屬硬密封球閥，故障頻率較高，容易出現內漏、卡澀等故障，通常金屬硬密封在線運行時間多為半年左右，甚至兩三個月就出現故障，這也成為制約整個裝置長期運行的瓶頸。

1.1 內漏原因分析

球閥內漏與工藝介質的性質、運行條件、密封副涂層材料的選擇等因素相關。球閥內漏主要原因：密封面涂層沖刷；閥芯與閥座的密封是球面線接觸，靠偏心實現自鎖，確保動靜密封處無任何泄漏點。介質對密封面的剝落與腐蝕。一研究表明，金屬硬密封球閥、密封副涂層之間存在著粘結的現象，如果密封副涂層選取不合適，密封面之間就會產生嚴重的粘結，在開關過程中密封面之間就嚴重拉傷。球閥在開啟瞬間，由于上下游相對壓差較大流通間隙較小，流速較快，此時固體顆粒介質會對球閥密封副涂層產生強烈的沖刷，隨著球閥開關頻率不斷增加，沖刷增加，導致球閥嚴重內漏。

1.2 卡澀及開關不到位原因分析

固體顆粒用球閥出現卡澀及開關不到位的直接原因：密封面拉傷；固體顆粒介質在閥腔內堆積；球閥在啟閉過程中是在受兩端閥座的抱緊力下運轉，它較半球閥啟閉力矩大，公稱直徑愈大啟閉力矩相差越明顯，蝶閥的啟閉是要克服橡膠的變形的來實現，力矩更大。軸承、軸套等不做硬化處理或設計結構不合理。有些工段開啟壓差很大，溫度較高，導致密封面摩擦力較大，開關所需的克服摩擦力所做的功大部分轉化為熱能，升高了密封面的溫度，更加增大了附著磨損和氧化磨損的趨勢。隨著開關次數的增加，密封面很容易拉傷，造成開關卡澀。采用雙重軸承設計和軸套硬化處理，既增加閥桿轉動的旋轉點，又通過增加不同硬度的硬化材料提高了雙重軸承和軸套硬化的耐磨性和強度，保證了閥門長期高頻率的開關而不會導致閥桿與軸承、軸套拉傷。

渦輪傳動偏心半球閥優點：

1．側裝式結構緊湊、閥門質量輕，適用于對閥門安裝空間有要求的場合。

2．流體阻力小，其阻力系數與同長度的管段相等。

3．結構簡單、體積小、重量輕。

4．具有切削功能，在關閉時能將介質中雜物（樹枝、紡織袋等）切斷

5．緊密可靠，球閥的密封面材料廣泛使用塑料、密封性好，在真空系統中也已廣泛使用。

6．操作方便，開閉迅速，從全開到全關只要旋轉90°，便于遠距離的控制。

7．維修方便，球閥結構簡單，密封圈一般都是活動的，拆卸更換都比較方便。

8．在全開或全閉時，球體和閥座的密封面與介質隔離，介質通過時，不會引起閥門密封面的侵蝕。

9．適用范圍廣，通徑從小到幾毫米，大到幾米，從高真空至高壓力都可應用。 球旋轉90度時，在進、出口處應全部呈現球面，從而截斷流動。

偏心半球閥產品按用途分為：通用閥、管線閥、料漿閥、燃氣閥、石油化工閥、煤粉噴吹閥六大系列。傳動方式有手動、氣動、電動三種，八個壓力等級（PN0.25～10.0Mpa）數百個規格(40～1000)的半球閥產品。在石油、化工、冶金、電力、燃氣等行業是閘閥、截止閥、Y型閥、球閥的更新換代產品。目前已在鋼鐵行業的煤粉噴吹，氧化鋁行業的礦漿、母液和氧化鋁fen輸送，電力行業的水力（或干）除灰，石化行業，燃氣行業等場合。三、電動偏心半球閥操作時：1、順時針旋轉手輪為關閉，逆時針旋轉手輪為開啟，閥芯旋轉98度為全開全閉。