V型球阀流量特性实验和进出口压力变化

V型球阀特性实验主要包括两个部分：稳态实验和瞬态实验。稳态实验主要是阀门在固定开度状况下开展的测试实验，该实验每个工况重复4次，后取平均值；瞬态实验为阀门开启过程的特性测试实验，开启时间为18s。

对测试管段进行了设计，对阀门上下游各位置的压力进行了采集。在阀门上下游管道四个方向上都设置了压力采集点，压力采集位置与阀门进出口的距离分别为1D、2D、3D、4D、5D、6D、7D和10D（D为管道直径），上下游各采集32个位置的压力信息。图1为V型球阀进出口压力采集位置示意图和实物图。

图1：V型球阀进出口压力采集位置示意图和实物图

V型球阀稳态特性

1．数值模拟与实验对比

图2所示为V型球阀流量系数曲线，不同锥角截流形状下球阀的流量系数变化趋势相同，随着开度的增加而增大，数值模拟和实验结果吻合较好。当开度为10%～50%时，流量系数增加较为缓慢，当开度为50%～99%时，流量系数呈指数形式增加。在相同开度下，锥角截流形状对球阀流量系数影响较大，随着阀门开度的增加，锥角越大，流量系数增长越快。根据流量系数分布，证明V型球阀的流量调节范围较广，并且调节范围随着锥角增大而提高；而相对地，在一定的流量调节范围内，锥角越小，调节越平稳，准确度越高。

图2：不同工况下V型球阀流量系数变化

图3所示为V型球阀的阻力系数曲线。实验和数值模拟结果变化趋势相同，即阻力系数随阀门开度的增大而降低。阻力系数在小开度时非常大，在开度为0～40%时，呈指数形式快速减小；在开度为40%～70%时，阻力系数持续下降，但速度较为缓慢；在开度为70%～99%时，阻力系数变化极小，基本保持稳定。与对流量系数的作用类似，锥角截流形状对V型球阀阻力系数的影响在小开度时较大，且锥角越小，阻力系数越大；锥角越大，阻力系数随阀门开度增加达到稳定状态越快。在开度为70%～99%时，锥角截流形状对V型球阀阻力系数的影响相对较小。

图3：不同工况下V型球阀的阻力系数变化

2．V型球阀进出口压力波动特性

（1）进口压力波动

不同锥角截流形状对V型阀门进口附件压力波动规律相似，因此，本节仅以锥角60°为例对进口管道压力波动规律进行分析。图4所示为锥角截流形状为60°时，V型球阀进口管道压力波动，沿径向方向的压力数值模拟和实验数据基本保持一致。在不同开度下的管道压力差别较大，随着开度增大，压力逐渐减小。在距离阀门进口2D以上位置处，压力沿管道周向的分布基本保持稳定；在靠近阀门进口2D以内区域，压力出现较大波动，并且波动幅度随着与阀门距离的减小而不断增大。同时，球阀的开度也会影响同一位置处的压力波动，幅度随开度的增大而逐渐增大。在靠近阀门进口附近，径向方向上的压力波动规律也存在着差异性，A方向上的压力波动幅度大，并随着阀门开度增大，A方向上的压力波动变化为明显，也就是说，V型球阀在稳态调节时，对A方向上的流动影响是大的。

图4：V型球阀阀门进口压力波动变化

（2）出口压力波动

为了研究阀门出口压力达到稳定时，稳定点与阀门出口的距离与锥角、阀门开度的对应关系，采用相对偏差值RS来判断压力达到稳定值的距离，当相对偏差达到2%时，认为截面上的压力达到稳定。