[发明专利]一种V型球阀及其流量特性曲线获得方法

说明书

本发明公开了一种V型球阀及其流量特性曲线获得方法。由于V型球阀的流阻较小，阀门的流量系数与流通面积近似成正比例关系，因此可以通过计算V型球阀的流通面积，来分析阀门的流通能力。该阀门具有的特殊阀芯结构，使得V型球阀在小开度和大开度时都具有优良的调节性能，并具有较大的可调比。该球阀在小开度时设置了V形槽口，使该球阀在小开度时具有较好的调节性能；在中等开度时，其流道呈扇形，流通面积会随开度的增加接近等百分比增加；在较大开度时，其流道为扇形和矩形相结合，流通面积随开度的增加增速变化较小，保证了球阀的调节性能。

技术领域

本发明属于阀门领域，特别涉及一种基于阀芯结构的具有特殊流量特性的V型球阀。

背景技术

V型球阀具有可调比高、流阻小、结构简单、易于维修的特点，被广泛应用于电站、石油、化工以及其他对可调比要求较高的场合。传统的V型球阀的流量特性曲线接近等百分比，流量特性曲线的斜率随开度增加而增加。因此，其在小开度时拥有较好的调节性能，但在大开度时，其流量系数对开度非常敏感，导致其调节性能降低。因此，当V型球阀作为调节阀使用时，为保证其控制精度，其额定最大流量系数往往与阀门的最大流量系数有较大差距。

由于V型球阀的流道为直通型，其流阻非常小，大量的研究结果表明，V型球阀的流量系数与流通面积成正相关。V型球阀的结构成规则的几何形状，因此可以通过计算得到其流通面积，从而得到流量特性曲线。

发明内容

本发明的目的在于改善传统V型球阀在大开度时调节性能较差的现象，并提出一种V型球阀。该球阀在大开度和小开度时都具有优良的调节性能，具有较大的可调比。更进一步地，本发明在小开度时，通过数值模拟，拟合得到阀门的流量系数与开度的关系式；在较大开度时，通过理论计算得到阀门的流通面积，将两者结合，可以得到阀门的流量特性曲线。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种V型球阀，该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。

作为优选，所述V形槽口的槽体纵断面尺寸从头到尾递增，所述V形开口从靠近阀芯流道首段一侧向阀芯流道尾段一侧逐渐扩张，所述矩形开口的高度与所述V形开口末端的高度相同。

作为优选，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。

本发明的另一目的在于提供一种上述V型球阀的流量特性曲线获得方法，其步骤如下：

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XOZ平面上的投影距离h，三角形流道倒角顶点到阀芯球心在XOZ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