1 概述
   在柱塞式調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)中，閥瓣的型面設(shè)計(jì)與繪制直接影響調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性。首先以客戶提供的管道需求流量、閥前后壓降、介質(zhì)工況、管道情況等已知條件選擇調(diào)節(jié)閥的類型，再依據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T17213.2-2005)計(jì)算和確定所選閥門的流量系數(shù)CV。再以GB/T17213.2附錄A提示可以確定各行程單流路縮流段的總面積和環(huán)形流路的內(nèi)徑，但閥瓣型面計(jì)算量大，手動(dòng)完成繪制耗時(shí)。本文提出了根據(jù)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性和流體力學(xué)原理建立數(shù)學(xué)模型的一種方法，并利用計(jì)算機(jī)完成閥瓣型面的繪制，以減少調(diào)節(jié)特性的偏差，縮短設(shè)計(jì)和制造周期。
   2 依據(jù)
   根據(jù)伯努利方程和連續(xù)方程得出不可壓縮流體的體積流量方程，即
   （1）
   式中 Qv———流量，m3/min
   C———節(jié)流裝置幾何相似，在相同的雷諾數(shù)下具有相同的流出系數(shù)
   β———等效節(jié)流直徑與管道橫截面內(nèi)直徑之比
   A———節(jié)流流路面積等效，mm2
   ρ入口端介質(zhì)的平均密度，lb/ft3
   ΔP———閥前后壓降值，psi
   為了簡化計(jì)算，忽略了紊流狀態(tài)C值變化小，調(diào)節(jié)閥體積流量Qv與A的關(guān)系為
   （2）
   式中 Q0-最大體積流量，USgal/min
   A0-單流路節(jié)流斷面總面積(見GB/T17213.2－2005），mm2
   （3）
   β0-最大等效節(jié)流直徑與管道橫截面內(nèi)直徑之比
   f（h%，R）———流量特性函數(shù)
   因此，等效節(jié)流流路的面積A由閥瓣開度和可調(diào)比A由0組成的函數(shù)，即
   （4）
   式中 h%-閥瓣開度，mm
   R———可調(diào)比
   ADN———管道橫截面積，mm2
   可推導(dǎo)出線性流量特性時(shí)Ax和等百分比流量特性Ab為
   （5）
   （6）
   建立3 幾何模型
   確定閥門流量系數(shù)CV按公式(3)計(jì)算值A(chǔ)0，然后根據(jù)類型(4)對閥瓣開度h計(jì)算出調(diào)節(jié)閥閥閥型面形成的等效節(jié)流流路的面積A。在圖1所示的閥座密封點(diǎn)畫一條射線段，使其與水平夾角成為水平夾角θ，長度為r。假設(shè)這一點(diǎn)正好是閥瓣的開度h%時(shí)閥瓣型面上的點(diǎn)，即此射線段形成的圓臺(tái)側(cè)面積和A值相同，即有
   （7）
   式中 D0-閥座直徑，mm

1.一條包絡(luò)線2.閥座3.閥瓣4.閥瓣型面
圖1 幾何模型原理

   對于某個(gè)開度h節(jié)流流路面積%A，當(dāng)夾角θ從0°～90°按公式(7)計(jì)算相應(yīng)的遍歷(以確保18點(diǎn)的精度)r值形成的射線段端點(diǎn)的集合是此開度閥瓣型面的包絡(luò)線。以此類推，當(dāng)閥瓣開度從0%~100%遍歷(為保證精度，取20條包絡(luò)線)時(shí)，形成一組包絡(luò)線集合。CAD每個(gè)包絡(luò)線按0%~100%的順序切割，即形成閥瓣型面圖案。
   4 繪制過程圖
   閥瓣繪制過程如圖2所示。與測繪的各種產(chǎn)品相比，根據(jù)該方法繪制的閥瓣圖案差異很小。

圖2 閥瓣繪制過程

   5 結(jié)語
   在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥的閥門類型時(shí)，根據(jù)不可壓縮流體流量方程，充分理解調(diào)節(jié)特性和流量系數(shù)的含義，根據(jù)幾何模型的演繹和計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，為提高閥門的設(shè)計(jì)效率提供了可靠的方法。應(yīng)指出，任何新閥門的設(shè)計(jì)最終都必須通過實(shí)際驗(yàn)證來證明其性能的準(zhǔn)確性和可靠性。