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V形调节球阀阀芯结构与等百分比流量特性分析
在工业过程自动控制中，由于V形球阀调节比大，调节元件可切断流体中的纤维、粘性悬浮杂质，而被广泛应用于造纸、纺织等行业的物料控制和调节。目前，我国V形球阀调节球阀的调节特性和国外同来产品比较缺点在于调节范围较窄、调节特性和实际工艺流程的调节特性存在较大误差，主要原因是不同开度下的流通面积满足不了实际流通量。笔者通过理论分析V形球阀不同开度下的流量与阀座处流通面积的关系，优化阀芯球结构，使V形球阀的设计流量特性与等百分比流量特性趋于一致，减小调节误差，增强V形球阀的可调性和灵敏度。
1 流通面积结构
笔者分析的V形调节球阀，其主要参数为：压差Δp=100kPa，可调比R=50，介质为水，结构如图1所示。V形球阀的阀芯是球冠，球冠底圆的边缘上开有一个V形切口（图2）。图2中的V形切口由一个圆角为r的圆弧和与圆弧相切的有一定角度的两端切线构成，t为球冠投影中心至V形切口顶点距离，V形切口的角度一般取60°。V形球阀是通过改变阀芯、阀芯的V形切缺口与阀体的流道构成的流通面积来调节设备和管道的介质流量，其不同开度下的流通面积由阀体通道、V形切口和球体球冠的组合面积构成。
图1 V形球阀的结构
图2 V形切口形状
按照规定，控制阀的相对流量系数与等百分比相对流量系数的误差必须小于10%。通过测试该阀的流量特性，测试结果见表1。
表1 原结构测试相对流量系数与等百分比相对流量系数对比 %
由表1可以看出，其在不同开度下的相对流量系数均大于等百分比的相对流量系数；在相对开度10%～50%时，相对流量系数误差均大于10%，最大误差达31.2%，因此，必须优化阀芯结构，确定流通面积与流量系数关系，减小调节误差。
2 流量特性计算分析
V形球阀的流量特性近似于等百分比流量特性，其数学表达式为：
（1）
式中 Kv———对应θv的流量系数；
Kmax——对应θmax的系数；
Qi———对应θv的流量，m3/h
Qmax——对应θmax的流量，m3/h；
R———可调比，R=Qmax/Qmin；
θv———调节阀的开度，（°）；
θmax———调节阀的最大开度，（°）。
http://www.famens.com/news/201308/115750.html#DivMake
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