在工程中,线性流量特性调节阀的优点是单位行程的变化所引起的流量变化是不改变的,在解决供热、空调系统中的水力失调、冷热不均等问题上得到了广泛的运用。现有的线性调节阀一般为座阀,但现有的座阀会使管道内流动阻力增大,造成能量损失较为严重。“十二五规划”国家提出了明确的节能计划,为了大力推广国家提出的节能减排计划笔者设想在蝶阀阀板上安装能实现线性流量特性的配流板,使这种新型的蝶阀具有线性流量特性和结构简单,流动阻力小,流通能力大等优点。
1 阀体的创新设计
阀门流量公式:
(1)
式中:Qs为设定流量,ΔP为阀门两端的压差,Kvs为流量系数,θ为阀门开度,θmax为阀门最大开度。
当满足式 时,阀的流量特性为线性。
阀门的流量能力与阀芯的通流面积有对应的关系,即阀门的开度决定阀门的通流面积,为了获得阀门的线性流量特性,希望设计的阀门的通流面积与开度呈线性关系,因此对阀芯进行合理机械结构设计是获得线性流量特性的关键。根据以往积累的经验,设计对称折板阀芯结构,如图1所示。

图1 对称折板阀芯示意图
其中通流面积的算法,采用面积投影的方法进行计算。其结构几何参数包括:折板高度、折板宽度、折板相对位置(折板夹角始终保持直角)。其中折板的特殊位置使得折板相对位置与折板的宽度耦合,即此阀芯的结构参数为2个:折板高度和折板宽度,阀门的通流面积取决于这2个参数,通流面积的计算公式如下:
(2)
式中:A为通流面积;R为管道半径;a为x坐标上某位置,随阀门开度变化取不同值;L为折板宽度;H为折板高度;θ为阀门开度。
分别选取不同的折板高度和折板宽度计算通流面积与阀门开度的关系,找到合适的尺寸参数,选取适当阀芯尺寸以实现阀门的线性流动特性,文中采用的管道取不同折板高度H和折板宽度L时,通流面积随相对开度变化的曲线如图2所示。

图2 不同折板阀体的开度与通流面积的关系
对比每组的阀门开度与通流面积的关系数据,选取最接近线性关系的参数作为折板的结构尺寸,即选择折板宽度为8mm,折板高度10mm。
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