電動固定式錐形閥設計優化

一、電動固定式錐形閥設計優化用途及結構
之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現在介紹固定錐形閥由埋設管、閥體、套筒、電動裝置、絲桿、連桿等幾個部份組成，其結構為外套筒形式，即閥體固定。它是采用絲桿螺母伸縮動作，帶動外套筒上下動作，達到閥門的啟閉目的。它廣泛應用于水利、水電、水庫等工程上。在目前常見的供水系統中，經常會使用錐形閥，來便于對水流進行流量調節，而錐形閥主要是通過改變活動套筒與固定錐體之間的距離來實現流量調節。
但是，在水電站大壩中，由于水電站大壩往往會存在不少帶有坡度的斜面，而目前市面上常見的錐形閥，其閥體大多與水平面平行，則常見的錐形閥無法在其上正常安裝和使用。固定錐形閥是水利工程中重要的管道控制設備,在工程高水頭、大流量、高流速的工況下使用,閥門出口水流直接排入河道及導流涵洞,空化、氣蝕問題嚴重,噪音及振動大,其排放過程需要控制流量和消除管道出口的介質能量,而固定錐形閥則能滿足實際工程需要。它與普通錐形閥的主要區別是在閥門出口端設計了一個導流罩,可以減小管道出口流體的能量,減弱其對下游管道、河流或建筑物的沖擊。本文通過對傳統固定消能錐形閥進行仿真分析,從而提出一種新型改進方案,能夠提高產品的使用性能和壽命。首先通過Solidworks三維建模軟件,對武漢亞美閥門制造有限公司提供的DN1600型錐形閥圖紙進行三維實體建模,文中統稱之為傳統固定錐形閥,并對傳統固定錐形閥的部分零部件結構進行調整,導入進ANSYS Workbench協同仿真平臺,根據錐形閥實際工作情況,在ANSYS Workbench中的模擬軟件Fluent中進行流體分析,然后運用Fluent中的后處理系統對錐形閥的各個相關因素進行分析,得出可視化的流動狀況及錐形閥內部壓力、速度、氣含率分布云圖。再運用Static Structure對傳統固定錐形閥進行流固耦合分析和靜態結構力學分析,以此校核整個閥門系統是否符合設計要求。在整體結構符合使用要求的情況下,單獨對部分零部件進行結構力學分析,計算出其運行狀態。然后在原DN1600型固定錐形閥的基礎上進行新型固定錐形閥的設計,利用二維平面電子圖CAXA進行草圖繪制,對新型固定錐形閥的部分零件結構進行修改與調整,但保證新型固定錐形閥與傳統固定錐形閥在結構尺寸上大部分是一致的,應用SolidWorks進行三維模型的建立,然后利用和傳統錐形閥一樣的分析方法對新型固定錐形閥進行流體、流固耦合分析、結構力學等分析,得出相關數值云圖。后在兩種固定錐形閥都符合使用要求的情況下,將新型固定錐形閥得出的結果與傳統固定錐形閥進行分析比較,從而得出新型固定錐形閥在使用性能上較傳統固定錐形閥有一定的優勢,新型固定錐形閥具有流體流通能力較高、運行摩擦阻力較小、傳動平穩等優點。本文通過對固定消能錐形閥進行分析與改進,建立一套完整的設計分析、流量系數、應力位移的計算方法,從而為對分析其他類型的閥門提供一些參考依據

二、電動固定式錐形閥設計優化產品特點
1、水力條件好，具有較高的流量系數u=0.73~0.83。
2、結構簡單，重量輕；布置緊湊，操作靈活，維護方便、運行可靠、啟閉力小。
3、泄流時噴出水舌為喇叭狀，空中擴散摻氣、消能效果好，一般都不用做消能措施，如設置為淹沒式出流，側水下的消能也很簡單。
三、使用與維護
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥錐形閥的布置與周圍建筑物有密切關系，如布置不當時，因射流引起對建筑物的沖刷或形成的霧氣對電站的運行帶來麻煩，以及放水時引起的顯著震動，因此布置形式必須慎重考慮。
錐形閥經一段時間運轉后，應對錐形閥進行定期清掃、去銹、油漆，應對錐形閥的油缸、液壓站進行定期檢查和油加，定期檢查和更換密封圈及止水橡膠，保證閥門處于正常運轉。

三、電動固定式錐形閥設計優化主要技術參數
1.閥體材料：碳鋼、不銹鋼
2.公稱壓力PN：0.6～4.0MPa
3.公稱通徑DN:200～2000mm
4.強度試驗：PN×1.5
5.密封試驗：PN×1.1
6.使用溫度T:0～70℃
7.連接形式：法蘭、焊接
8.適用介質：水、污水
9.操作機構：蝸輪、電動、液動、氣動（執行機構另附使用說明

四、電動固定式錐形閥設計優化選擇布置
錐形閥的布置與樞紐建筑物有密切關系,如布置不妥,將因射流引起對建筑物之沖刷或形成的霧氣對電站的運行帶來麻煩,以及放水時引起的顯著震動,因此,布置形式必須慎重考慮，我們建議根據地貌和實際情況，主要從出口方式、安裝方式和發散方式三個方面入手，合理安排錐形閥的布置。
1、出口方式的選擇：
(1)  淹沒式：適合水頭較低的溝渠等灌溉或飲用水系統，出口四周都為寬闊平坦，以沙石地形為主；
(2)  噴射式：適合水頭較高、陡峭山體場合；
2、安裝方式的選擇：
(1)  水平安裝：適合于消能池較薄弱、但場地寬廣、周圍無建筑物；
(2)  垂直安裝：適合場地狹小或近距離建筑物較多。
(3)  可選角度安裝：介于水平安裝與垂直安裝之間。
3、發散形式選擇：
(1)  自由發散型：在空氣中自由發散，根據水頭大小形成不同范圍的發散區域；
(2)  限制發散型：利用導流罩有效控制錐形閥的出口發散程度：都用于水頭高，出口狹小，涉及建筑物或其他設施等；如圖所示，用戶應根據設計消能池或泄洪渠的具體尺寸選擇合適的導流罩，具體如圖所示，a、b為導流罩的夾角延長線，L為消能池或泄洪渠的寬度，H為導流罩夾角頂部到消能池或泄洪渠表面的高度，按等邊三角形原理計算該選用的導流罩角度。大口徑多級消能固定錐形閥與普通固定錐形閥的區別是閥門出口帶有一個特殊設計的導流罩,同時大口徑多級消能固定錐形閥進行了多項創新設計,具有普通固定錐形閥的所有特點,除了可用于普通固定錐形閥的對空消能或者淹沒消能場合外,還可應用于高壓差及管中消能的場合。目前對大口徑多級消能固定錐形閥結構優化設計的研究很少,本文利用結構優化設計理論和有限元分析方法對該類產品進行優化研究,能夠提高產品的可靠性,降低制造的成本。通過對該類產品進行CFD數值模擬計算,計算其流量系數,了解其消能效果。與本產品相關論文禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護