[发明专利]一种V型球阀及其流量特性曲线获得方法

权利要求书

1.一种V型球阀的流量特性曲线获得方法，其特征在于，所述V型球阀的阀芯开口由连续的三段组成，阀芯流道首段为在球阀表面向阀体内部开设的V形槽口；阀芯流道中段为V形开口；阀芯流道尾端为矩形开口；

阀芯在阀体内回转过程中，V形槽口、V形开口和矩形开口依次进入流道，流道截面积递增；V形槽口进入流道时，阀芯与阀座之间的流道截面为V形槽口的断面；V形开口进入流道时，阀芯与阀座之间的流道截面为扇形；矩形开口进入流道时，阀芯与阀座之间的流道截面为三角形、矩形和弓形的组合形状，其中矩形的一组对边分别与三角形的一条边和弓形的弦重合；所述V形开口靠近阀芯流道首段一侧的底角设置为圆弧倒角；

所述流量特性曲线获得方法步骤如下：

首先，设定流量特性曲线计算所需的V型球阀的结构尺寸参数，包括：阀芯相对于初始位置转动的角度ω，阀座直径D，阀芯半径R，三角形流道倒角尺寸r，三角形流道的张角θ，流通面积A，三角形流道顶点到阀芯球心在XOY平面上的投影距离h，三角形流道倒角顶点到阀芯球心在XOY平面上的投影距离K，矩形流道高度b；

然后，按照S1～S9确定所述V型球阀的流量特性曲线：

S1：确定所述V形槽口完全进入流道但所述V形开口尚未进入流道时，阀芯相对于初始位置所需转动的角度ω为γ：

S2：确定所述V形开口的圆弧倒角刚进入流道至圆弧倒角完全进入流道但直边未进入流道过程中，阀芯转动角度ω的范围为γ≤ω≤ζ，该ω范围中流通面积A_r2与角度ω的计算式为：

A_r2＝A₁+A₂

式中：

S3：确定所述V形开口的直边刚进入流道至直边完全进入流道但所述矩形开口未进入流道过程中，阀芯转动角度ω的范围为ζ≤ω≤μ，该ω范围中流通面积A_r3与角度ω的计算式为：

式中：

其中，参数λ₁和L的计算公式为：

阀门开度其中

α₀表示当L＝D时阀门对应的开度α，通过参数λ₁和L的计算公式确定；

S4：确定所述矩形开口刚进入流道至矩形开口完全进入流道过程中，阀芯转动角度ω的范围为μ≤ω≤ω_MAX，ω_MAX为阀芯的最大转动角度；该ω范围中流通面积A_r4与角度ω的计算式为：

A_r4＝A₆+A₇cos(ω-μ)+A₈

式中：

A₇＝A_r3MAX-A₆

其中A_r3MAX为ω＝μ时的流通面积A_r3；

S5：通过数值模拟的方法，获得所述V型球阀在开度α₁下的流通面积与流量系数，开度α₁取值为40％～70％；

S6：根据开度α₁对应的阀芯转动角度ω₀，在S2～S4确定的流通面积计算公式中选择ω₀对应的计算公式，得到阀门在开度α₁时的流通面积A_r；根据S5中的模拟结果确定阀门在开度α₁时的流量系数K_V，再换算得到流量系数K_V与流通面积A_r之间的比例系数k＝K_V/A_r；

S7：采用数值模的方法，得到所述V形槽口在不同开度下的流量系数，然后将不同开度下的流量系数分别除以所述的比例系数k，换算得到不同开度下的等效流通面积A_V，并根据不同开度对应的阀芯转动角度ω，拟合阀芯转动角度ω与等效流通面积A_V的关系式A_V＝f(ω)；

S8：基于S1～S7，得到任意阀芯转动角度ω与流通面积A的分段计算通式：

式中：A_VMAX表示当阀芯转动角度ω＝γ时V形槽口的等效流通面积；

S9：在0开度到最大开度之间均匀取j个开度，确定其对应的j个转动角度：ω₁、ω₂、ω₃…ω_j，结合所述的分段计算通式得到j个转动角度的流通面积，将每个转动角度的流通面积乘以所述的比例系数k，换算得到j个开度下的流量系数，从而得到阀门的流量特性曲线。