我国的阀笼式调节阀技术起步晚,传统的设计过程常常依赖经验公式,产品的实验结果与设计要求存在较大误差。因此,以阀笼式调节阀套筒为设计对象,基于阀笼式调节阀的孔板流量计原理,推导得到套筒横截面积的通用公式和4种流量特性(直线型流量特性、等百分比型流量特性、抛物线型流量特性和快开型流量特性)不同开度下套筒的横截面积,建立模型并用FLUENT软件进行仿真模拟,将调节阀在不同开度下相对流量的实验值与理想设计值进行对比。结果表明:此设计方法在调节阀开度为30%～80%时具有可靠性,不仅有效满足设计要求,而且该方法设计周期短、成本低、精度高。此外,通过推导的阀笼式调节阀套筒的通用面积公式,可改变套筒进口处和出口处的压力值和不同固有流量特性要求,得到符合特定要求的套筒,故具有一定的工程应用价值。

0 前言 

阀笼式调节阀在自动化控制过程中起着关键的作 用，它是工业生产控制中的重要部件，由一系列的运 动元件构成，调节阀的运动元件按照职能的不同分为 执行部件和阀门部件两部分［1］。 调节阀工作时，阀瓣沿着套筒安装轴线上下运动 遮挡窗口面积，从而改变流通窗口面积。流体从下管 道流入，经过套筒窗口，从上管道流出［2］。由于阀瓣 的行程和流出体积之间不同的函数关系，因此形成了各种流量特性。因此调节阀工作过程中为实现流量特性要求和流体进出口压力调节功能，需要设计 符合要求精度的阀笼式调节阀套筒结构［3］。 国内的调节阀技术发展起步较晚，技术人员用于 设计的经验公式与实验结果有较大的误差［4］。传统的 调节阀设计过程中缺少新技术的应用，也缺少在实际 工况下的模拟仿真过程，故本文作者从阀笼式调节阀 流量特性的孔板流量计原理和流体力学的连续性方程 推导调节阀横截面积的设计公式。为满足在不同开度下均符合固有流量特性曲线，完成套筒的窗口形状设 计，以 4 条固有流量特性曲线 ( 直线型流量特性、 等百分比型流量特性、抛物线型流量特性和快开型流 量特性) 为例，并设置进出口压力差，通过 SolidWorks 软件建模与 FLUENT 软件基于 CFD ( Computational Fluid Dynamics) 仿真模拟，得到所设计套筒的 工作流量特性，分析套筒内部流场和边界效应对不同 开度下实际流量特性的影响［5］。按照文中的设计方法 所得的阀笼式调节阀套筒具有以下优点: 可设计实现 特定要求的套筒，通用性强; 经仿真验证套筒的工作 流量特性在误差范围内，能满足实际工作要求，可靠 性强; 运用 CFD 仿真软件仿真实验环境，效率高。