偏心蝶式止回阀开启性能瞬态分析

　　采用计算流体力学分析软件Autodesk Simulation CFD 及其重叠网格技术，对偏心蝶式止回阀的两种阀板结构分别进行了开启特性瞬态分析。基于粘性可压缩流动Navier - Stokes 方程进行了湍流非定常计算，对两种阀板结构的阀板运动状态、阀内的压力分布和速度矢量进行了分析及对比。结果表明，原阀板结构开启过程中存在不稳定且未达到预期的全开状态，改进阀板结构开启过程中阀板开度呈线性增加且稳定在全开位置。

1、概述

　　蝶式止回阀由于结构简单、体积小、阻力损失小等特点在流体工艺系统中得到了广泛的应用。由于止回阀的阀板受水流驱动，在开启过程中可能存在不稳定现象，甚至无法达到预期开度，因此加强对其开启特性的分析是必要的。本文以偏心蝶式止回阀( 以下简称止回阀) 为研究对象，建立了阀板运动模型，采用Autodesk Simulation CFD 软件分别对原阀板结构、改进阀板结构开启过程中的阀板运动特性开展了瞬态分析。

2、研究对象

　　止回阀的转轴中心与阀体中心、阀体密封面中心与阀体中心均为偏心设计( 图1) ，公称通径DN =300mm，阀板全关到全开行程为55°，阀板中心开有泄压孔。止回阀竖直安装在管道中，流动介质是温度为265. 6℃，压力为15MPa 的水。阀门用于布置空间紧凑的流道中，入口难以保证足够长度的直管段，导致阀门入口流场不均匀，常规阀板结构易出现启动及运行不稳定状态，因此对常规阀板结构做了改进。改进后，阀板上端增开了压力平衡孔，阀板下端增设了挡水环( 图2) 。

3、数学模型

3.1、基本控制方程

　　为了便于建立数学模型并开展流场瞬态分析，对阀内流动设定假设条件。①流域为可压缩粘性流动过程。②假设液固界面为无滑移边界，即边界处速度为0。阀内流体流动是一个复杂的湍流流动过程，描述流体在阀内流动的数学模型为连续性方程、动量方程( N - S 方程) 和湍流脉动动能方程，湍流方程采用标准k - ε 模型。

图1 偏心蝶式止回阀

图2 改进后阀板

结语

　　(1) 通过对两种阀板偏心蝶式止回阀的开启过程瞬态分析，受水流驱动时，原阀板表面压力分布不均造成开启过程振荡，不能达到全开状态，改进阀板能够快速开启且稳定在全开状态。

　　(2) 采用Autodesk Simulation CFD 的重叠网格技术模拟止回阀的开启过程，相对于静态仿真可以更清晰地模拟整个开启过程中的阀板运动状态、压力场和漩涡等特性，为合理设计止回阀流道结构提供参考。