采用ANSYS Workbench 軟件分析了連桿蝶閥型腔內(nèi)流動(dòng)受阻的實(shí)況及其過流件的受力情況。流場(chǎng)分析表明，蝶板隨著開度的增加流阻系數(shù)逐漸降低。流固耦合分析表明隨著開度的增加閥門所受應(yīng)力減小，開度為20°時(shí)有小幅增加，最大應(yīng)力大多發(fā)生在支撐主軸的閥體上。

1、概述

　　連桿蝶閥( 三桿閥) 具有啟閉迅速，蝶板開啟時(shí)密封面垂直開啟，密封副之間沒有相對(duì)滑動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)〔1〕，特別適合于介質(zhì)中含有固體顆粒的工況，如熱風(fēng)爐的煙道閥等〔2〕。但蝶閥開啟時(shí)傳動(dòng)桿件和蝶板都處于流道內(nèi)部，流體流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部阻力，且局部阻力的分布復(fù)雜。為了研究連桿蝶閥的流動(dòng)阻力，以及流動(dòng)時(shí)過流件的受力情況，本文采用有限元流體分析技術(shù)，應(yīng)用Workbench 軟件研究了流動(dòng)過程中的流場(chǎng)及流阻情況，同時(shí)對(duì)過流件的應(yīng)力進(jìn)行了流固耦合模擬，再現(xiàn)了閥門過流件的受力情況，為連桿蝶閥的設(shè)計(jì)提供了理論參考。

2、工作原理

　　連桿蝶閥由液壓缸、曲柄、主軸、主動(dòng)桿、蝶板、固定桿、連桿和閥體等零部件組成( 圖1) 。

1. 液壓缸2. 曲柄3. 主軸4. 主動(dòng)桿5. 蝶板6. 固定桿7. 連桿8. 閥體

圖1 連桿蝶閥三維實(shí)體模型

　　液壓缸與曲柄相連，曲柄與主軸相連，主動(dòng)桿一端通過固定銷與主軸相連，另一端連接到蝶板上，固定桿通過主軸同閥體實(shí)現(xiàn)固結(jié)。連桿一端與固定桿連接，另一端與蝶板連接。工作時(shí)，液壓缸帶動(dòng)曲柄，曲柄帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸帶動(dòng)主動(dòng)桿，主動(dòng)桿帶動(dòng)蝶板轉(zhuǎn)動(dòng)，其中連桿在蝶板轉(zhuǎn)動(dòng)過程中起到調(diào)節(jié)作用。蝶板在開啟瞬間即蝶板與閥門之間的角度為0°時(shí)為平動(dòng)，平動(dòng)一段距離后蝶板開始轉(zhuǎn)動(dòng)，軌跡變成弧線，直至蝶板全開( 圖2) 。

圖2 蝶板運(yùn)動(dòng)軌跡

3、流體控制方程

　　流體在管路中流動(dòng)遵循質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。一般的可壓縮流體守恒定律控制方程為

7、結(jié)語

　　應(yīng)用Workbench 進(jìn)行流場(chǎng)分析，得到了不同開度時(shí)的流阻系數(shù)。模擬結(jié)果表明流阻系數(shù)隨開度的增大而減小，達(dá)到全開狀態(tài)后由于結(jié)構(gòu)變形會(huì)導(dǎo)致蝶板過開，流阻系數(shù)有所增加。流固耦合分析結(jié)果表明，隨著開度的增加閥門所受應(yīng)力減小，開度為20°時(shí)有小幅增加。最大應(yīng)力一般發(fā)生在支撐主軸的閥體上。只有開度為70°、75°、80°時(shí)最大應(yīng)力出現(xiàn)在主動(dòng)桿上。全開狀態(tài)下的最大應(yīng)力出現(xiàn)在連桿上。