三通球阀式高速开关阀稳态液动力分析与结构改进

摘要

对于微小型高速开关阀，大流量和高频响都会增大阀芯所受的液动力进而影响其运动状态，因此，对液动力进行分析与补偿是提升高速开关阀性能的关键因素之一。为了解决球阀式高速开关阀在高频启闭状态下流场结构复杂导致传统的稳态液动力理论计算公式已不适用的问题，基于CFD数值计算方法对液动力进行研究。首先，利用COMSOL软件建立阀内流场流体域的几何模型；随后，选用弱可压缩流体、标准k–ε湍流模型并运用动网格技术，得到流体域的压力和流线分布图、流量曲线以及不同阀口开度下阀球和阀芯的稳态液动力变化曲线；最后，为了补偿阀口启闭过程中所减小的稳态液动力，根据不同的阀口结构参数与阀芯受力及阀口启闭时间之间的变化关系，对阀口结构进行优化并确定最优参数。结果表明：进油孔阀球所受的稳态液动力会随着阀口的开启产生先减小后增大的现象，但由于进油孔阀球的稳态液动力相比于回油孔阀球较小，故阀芯上的稳态液动力变化与回油孔阀球上的稳态液动力变化近似；适当减小阀球推杆直径及将靠近阀口的流道改成渐扩型流道能够有效地补偿启闭过程中所减小的稳态液动力，改进后的最优结构相较于原结构的一个周期启闭时间从1.047 ms下降到0.714 ms，稳态液动力补偿效果明显。

关键词

高速开关阀 / 球阀 / 液动力 / CFD / 补偿