大通径滑阀缝隙流场分析及试验研究

　　滑阀依靠间隙密封，当流体流过阀芯阀套间的缝隙时，由于流体压力作用在阀芯上的径向不平衡力使阀芯卡住，叫做液压卡紧^[1].同时，由于间隙的和压差的存在，油口间不可避免的存在内泄漏.阀芯卡紧和泄漏会对阀的工作性能产生很大影响，据统计，推土机液压控制系统中，光是由于控制阀卡紧引起的故障超过 22%，其维修用时占维修总用时的20%以上^[2].合理设计阀芯阀套结构，可以有效避免卡紧，减小泄漏量，降低维修费用，极大提高工作效率^[3].通常采用在阀芯上开均压槽的方式来避免阀芯卡紧^[4].阀芯阀套间隙的大小形状对泄漏量和卡紧力有很大影响，因此，探讨阀芯阀套间缝隙流场随其结构的变化规律，对滑阀的设计和分析有着重要的意义.圆周缝隙流动的几何尺寸，流体的性质等都对流动状态产生影响.目前，缝隙流场的研究主要集中在公式探讨层面，缺乏有效的模拟和试验，国内学者对滑阀缝隙流场的流动特性进行了模拟仿真，但没有给出结构变化对滑阀工作特性的影响^[5].

　　为进一步分析开均压槽对改善滑阀工作性能的影响，本文采用Fluent 软件对60mm 通径滑阀的圆环缝隙流场进行详细的数值模拟，研究不同缝隙形状阀芯所受径向不平衡力和泄漏的变化规律，结合试验研究，为大通径滑阀的设计研发提供参考.

　　1 数学模型

　　60mm 通径滑阀结构如图1 所示，选取P 口压力腔到左端控制油腔的密封长度为研究对象.设计此处阀芯直径为75mm，密封长度为13mm，缝隙厚度0.015mm(即阀套与阀芯的总间隙为0.03mm).

　　1.1 流动状态

　　对于特殊形状的流道，其流态判别下临界雷诺数如表1 所示^[6].

　　本文研究的模型都是阀芯阀套间的缝隙，分为同心圆环缝隙、偏心圆环缝隙、锥度圆环缝隙、带均压槽的圆环缝隙.非圆形断面雷诺数为^[7]：

　　式中，ρ为介质密度;ν为流场中介质的流动速度;d_H为当量直径;μ为介质动力粘度.

　　滑阀在工作中采用L-HM46 抗磨液压油或者N68 聚酯液压油，为获得所建立模型的最大雷诺数，取粘度更小的 L-HM46 抗磨液压油为计算对象.介质密度为860kg/m³，μ=0.03956N·s/m^-2.d_H取所有模型的最大值，计算得d_Hmax=0.08mm，计算得Re=1.74ν，根据流体力学理论，对于环形缝隙流动，当间隙很小时，流动速度通常较小，远小于临界速度^[8]，由此可得所有模型的雷诺数都远远小于上表中的下限值，因此本文所建立的模型流态均为层流，既模型均为层流模型.