新型铰接式单向阀流场数值模拟分析

    1　前言

    汽动冷凝液输送泵属于容积式往复泵,单向阀是往复泵实现输送介质的关键元件。目前容积式往复泵进出口单向阀大多采用锥阀、球阀、平板阀等结构型式[1]。上述单向阀工作过程中,通常要克服阀板(或阀球)自重和弹簧力的作用,造成流体流速高,水力损失较大(通常≥0. 5m)。冷凝液温度高、极易汽化、进口液位高度差小,对进出口单向阀水力损失要求极高。

    由此可见,锥阀、球阀、平板阀等传统结构型式的单向阀难以满足冷凝液输送泵对于进出口单向阀的要求。新型铰接式单向阀采用了创新型铰接式结构,开启瞬间无需克服自重,只需克服铰接旋转阻力矩,水力损失小,理论上可满足冷凝液输送泵对单向阀水力损失的要求。由于铰接式单向阀属于一种全新结构,目前尚无相关的理论及设计方法可以借鉴。因此探寻铰接式单向阀工作过程中的流动状况及水力损失,为低流阻、高汽蚀性能单向阀选型及结构优化设计提供参考,具有重要的理论意义及工程价值。

    鉴于新型铰接式单向阀的进口阀和出口阀在结构和水力性能上基本相似,因此本文只对其中的进口阀进行相关研究及数值模拟分析。

    2 结构及工作原理

    2. 1　结构

    新型铰接式进口阀采用了创新型铰接式结构,阀组主要由阀体、阀板及铰接机构所组成。在本文中,根据以往经验,本文设计阀板安放角度和垂直位置的夹角为5°,该设计可以有效地防止阀板关闭不严导致介质泄漏的情况[1]。该阀具体结构如图1所示。

    2. 2　工作原理

    新型铰接式进口阀开启过程受力如图2所示。

    阀门开启过程:从图1可知,当冷凝液从进口处流入时,由于在阀板前后部介质有一定的压强差,当压强差作用在阀板表面时,就会对阀板产生力F1,并会产生相对应的力矩M1,F1和M1方向如图2所示。当阀板绕铰接点旋转时会产生铰接机构阻力F2,并产生力矩M2,F2和M2方向如图2所示。阀板重量所产生的质量力G和力矩M3方向如图2所示。当M1

    阀门关闭过程:随着阀门开度的不断增大,进口处液位降低以及泵内部液位升高,阀板前后部的压强差也在不断降低,阀板前后部的压强差由正值变为负值,最后压强差对阀板产生力F4,并会产生相对应的力矩M4,F4和M4方向如图3所示。当阀板绕铰接点旋转时会产生铰接机构阻力F5,并产生力矩M5,F5和M5方向如图3所示。阀板重量所产生的质量力G和力矩M3方向如图3所示。