V型球閥流量特性實驗和進出口壓力變化

V型球閥特性實驗主要包括兩個部分：穩態實驗和瞬態實驗。穩態實驗主要是閥門在固定開度狀況下開展的測試實驗，該實驗每個工況重復4次，后取平均值；瞬態實驗為閥門開啟過程的特性測試實驗，開啟時間為18s。

對測試管段進行了設計，對閥門上下游各位置的壓力進行了采集。在閥門上下游管道四個方向上都設置了壓力采集點，壓力采集位置與閥門進出口的距離分別為1D、2D、3D、4D、5D、6D、7D和10D（D為管道直徑），上下游各采集32個位置的壓力信息。圖1為V型球閥進出口壓力采集位置示意圖和實物圖。

圖1：V型球閥進出口壓力采集位置示意圖和實物圖

V型球閥穩態特性

1．數值模擬與實驗對比

圖2所示為V型球閥流量系數曲線，不同錐角截流形狀下球閥的流量系數變化趨勢相同，隨著開度的增加而增大，數值模擬和實驗結果吻合較好。當開度為10%～50%時，流量系數增加較為緩慢，當開度為50%～99%時，流量系數呈指數形式增加。在相同開度下，錐角截流形狀對球閥流量系數影響較大，隨著閥門開度的增加，錐角越大，流量系數增長越快。根據流量系數分布，證明V型球閥的流量調節范圍較廣，并且調節范圍隨著錐角增大而提高；而相對地，在一定的流量調節范圍內，錐角越小，調節越平穩，準確度越高。

圖2：不同工況下V型球閥流量系數變化

圖3所示為V型球閥的阻力系數曲線。實驗和數值模擬結果變化趨勢相同，即阻力系數隨閥門開度的增大而降低。阻力系數在小開度時非常大，在開度為0～40%時，呈指數形式快速減小；在開度為40%～70%時，阻力系數持續下降，但速度較為緩慢；在開度為70%～99%時，阻力系數變化極小，基本保持穩定。與對流量系數的作用類似，錐角截流形狀對V型球閥阻力系數的影響在小開度時較大，且錐角越小，阻力系數越大；錐角越大，阻力系數隨閥門開度增加達到穩定狀態越快。在開度為70%～99%時，錐角截流形狀對V型球閥阻力系數的影響相對較小。

圖3：不同工況下V型球閥的阻力系數變化

2．V型球閥進出口壓力波動特性

（1）進口壓力波動

不同錐角截流形狀對V型閥門進口附件壓力波動規律相似，因此，本節僅以錐角60°為例對進口管道壓力波動規律進行分析。圖4所示為錐角截流形狀為60°時，V型球閥進口管道壓力波動，沿徑向方向的壓力數值模擬和實驗數據基本保持一致。在不同開度下的管道壓力差別較大，隨著開度增大，壓力逐漸減小。在距離閥門進口2D以上位置處，壓力沿管道周向的分布基本保持穩定；在靠近閥門進口2D以內區域，壓力出現較大波動，并且波動幅度隨著與閥門距離的減小而不斷增大。同時，球閥的開度也會影響同一位置處的壓力波動，幅度隨開度的增大而逐漸增大。在靠近閥門進口附近，徑向方向上的壓力波動規律也存在著差異性，A方向上的壓力波動幅度大，并隨著閥門開度增大，A方向上的壓力波動變化為明顯，也就是說，V型球閥在穩態調節時，對A方向上的流動影響是大的。

圖4：V型球閥閥門進口壓力波動變化

（2）出口壓力波動

為了研究閥門出口壓力達到穩定時，穩定點與閥門出口的距離與錐角、閥門開度的對應關系，采用相對偏差值RS來判斷壓力達到穩定值的距離，當相對偏差達到2%時，認為截面上的壓力達到穩定。