水煤浆输送用偏心旋转阀结构改进

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)浙江永盛仪表有限公司 作者:汪新春

  针对水煤浆输送管线上调节流量用的偏心旋转阀内漏问题,利用计算流体动力学数值模拟方法进行了分析,得到内部流场的可视化图形。通过流场的速度模拟分析,找出易发生破坏位置,得出产生内漏的原因,采用阀芯镶嵌陶瓷的改进结构设计,提高了阀门耐磨损、抗冲刷和耐腐蚀的能力,有效延长了阀门的使用寿命。

1、概述

  在水煤浆制备输送过程中,阀门磨损问题一直是影响装置平稳运行的因素之一。尤其是煤浆管线上的调节阀,阀芯磨损,阀体磨穿,造成调节阀内漏和外漏,不仅有毒有害介质发生泄漏污染环境,还可能造成重大事故。

2、数值模拟分析

  2.1、三维建模

  偏心旋转阀的公称通径为100mm,流体的流动方向为流开,阀门最大行程为60°,调节阀经常在10% ~ 15% ( 6° ~ 10°) 的开度上调节。利用三维建模软件,根据流道的尺寸和阀芯的结构及装配关系对整个结构进行三维建模( 图1) 。

水煤浆输送用偏心旋转阀结构改进

图1 开度为10°的模型

  2.2、数值模拟

  将偏心旋转阀开度为10°的介质流道模型导入到WORKBENCH 中,对其进行网格划分,采用四面体网格形式,划分后网格数为924 725( 图2) 。在进行网格划分过程中,对模型设置边界,并将模型导入到FLUENT 模块中进行边界条件的设置( 表1) 。然后对流道模型进行求解,并通过后处理得到流场可视化图( 图3) 。

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图2 网格划分

  由压力云图可以看出,介质在通过偏心旋转阀时压力集中在阀芯正对介质流向部分。由速度云图可知,介质通过阀芯与阀座之间形成的间隙(主要是阀芯转向介质流入方向的一侧) 流出,由于间隙较小,对介质产生节流作用,介质流速极快,使阀芯转向介质流入方向的一侧容易出现破坏以及冲刷现象,而对介质主要流过阀体的那一侧产生冲刷。

表1 边界条件设置表

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水煤浆输送用偏心旋转阀结构改进

图3 流场云图

  当阀芯在6° ~10° 的开度工作时,阀芯与阀座之间节流面形成的间隙很窄,含高固和高磨蚀性颗粒(2.5mm 以下) 的水煤浆通过节流面时,流速极快,是造成阀芯和阀座密封面磨损的主要原因(验证了CFD分析结果的可靠性) 。当阀芯和阀座出现磨损后,流体节流面积增大,为了保证正常调节,阀门开度将减小,从而加剧阀芯和阀座的磨损,即使采取堆焊或喷焊硬质合金甚至采用整体碳化钨烧结的阀芯,使用寿命也很短。

3、解决方案

  经过分析,采取了缩小阀门入口面积,增大阀门正常调节开度,阀芯和阀座采用镶嵌工程陶瓷材料(图4) 等措施,提高了密封副抗冲刷、耐磨损的能力。阀门安装使用过程中未发现有内漏的迹象,对阀门进行下线检测(运行1年后) ,除阀芯压盖有部分冲蚀外,陶瓷阀芯、阀座以及阀体内腔完好。更换阀芯压盖后,阀门继续使用。

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图4 陶瓷偏心旋转阀

4、结语

  改进后的陶瓷偏心旋转阀使用情况良好,使用寿命更长,降低了运行成本。陶瓷偏心旋转阀适用于水煤浆工艺和有腐蚀性介质等苛刻工况。

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