超音速风洞大口径蝶阀流场分析及改进

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1、—34—阀门2011年第5期文章编号:1002-5855(2011)05-0034-03超音速风洞大口径蝶阀流场分析及改进1212张耀平，马东平，丁天伟，杨洋(1.江南阀门有限公司，浙江温州325013;2.中国空气动力研究与发展中心高速所，四川绵阳622661)摘要介绍了超音速风洞大口径蝶阀的配置形式。运用COSMOSFloWorks软件分析了不同结构蝶板及蝶阀不同开度情况下的流场情况。通过在蝶板上增加蒙皮以及在蒙皮上开孔的方式改善了蝶阀的流场，蝶阀配置旁路阀的方式改善了蝶阀的使用工况，从而降低了蝶阀的故障率，延长了蝶阀的使用寿命。关键词

2、超音速风洞;蝶阀;蝶板;流场中图分类号:TH134文献标识码:AFlowfieldanalysisandimprovementonthelargediameterbutterflyvalveinthesupersonicwindtunnel1212ZHANGYao-ping，MADong-ping，DINGTian-wei，YANGYang(1．JiangnanValveCo．，Ltd，Wenzhou325013，China;2．HighSpeedInstituteofCARDC，Mianyang622661，China)Abstract:

3、Theconfigurationofthelargediameterbutterflyvalveinthesupersonicwindtunnelisintro-duced．FlowfieldsofthebutterflyvalvewithdifferentstructurediscsanddifferentvalveopeningareanalyzedbyCOSMOSFloWorks．Theflowfieldisimprovedbyaddingcoverfordiscandpunchingonthecover．Theworstservic

4、econditionisavoidedbyaddingbypassvalvestobutterflyvalves，andsothefailurerateisreducedandthelifeisprolonged．Keywords:supersonicwindtunnel;butterflyvalve;flowfield1概述蝶阀因成本低、体积小、质量轻和寿命长等优势在工业领域应用广泛。在高速风洞阀门系统改造以及新建风洞阀门系统配置中，也逐渐采用以电动蝶阀、液动蝶阀和套筒式调压阀依照气流的流向依次布置的模式(图1)。近年来随着风洞试验任务的

5、增图1高速风洞阀门配置加，几座主力风洞大口径蝶阀先后出现执行机构失2蝶板结构及其流场效、阀杆断裂、蝶板蒙皮破裂以及阀杆轴向窜动等类2.1蝶板结构型的故障，严重影响了风洞试验的顺利进行。而蝶根据压力及口径的不同，蝶板的结构形式也有阀的上述故障在水电、核电等应用领域并不常见。所不同。风洞蝶阀的蝶板结构形式主要有框架式、风洞蝶阀的使用不同于其他领域的特点是启闭频繁蒙皮式和蒙皮开孔式。(每试验一次启闭一次)，启闭速度快(3s左右)，冲(1)框架式蝶板击大，振动剧烈，而影响蝶阀振动的主要因素是蝶小口径蝶阀的蝶板通常铸造成两面均为流线型板，因此迫切需要

6、研究高速风洞蝶阀不同结构蝶板的结构形式。大口径蝶阀(DN≥1000)蝶板整体铸及不同开度下的流场。通过改善蝶阀的流场来提高造会导致铸件自重和成本增加，同时驱动装置的驱蝶阀的可靠性，这对于确保风洞试验的顺利进行有动扭矩也需加大。大口径蝶阀的蝶板最常见的样式着十分重要的意义。作者简介:张耀平(1958－)，男，工程师，从事阀门制造工艺及生产管理工作。2011年第5期阀门—35—是蝶板承压一侧为光滑龟背结构，另一侧为框架结构，以便在保证刚度和强度的同时减轻自重(图2)。图5蒙皮开孔(a)蝶板背面(龟背侧)(b)蝶板正面(框架侧)2.2流场分析图2

7、框架式蝶板近年来，CFD方法取得了很大的发展，计算准(2)蒙皮式蝶板确、界面友好，使用简单。目前，与三维CAD无缝集为了减小流阻系数，提高流通性能，有时将框架成的CFD软件SolidWorksCOSMOSFloWorks可直所形成的空腔以蒙皮覆盖。以某风洞DN2500蝶接应用SolidWorks所生成的与实物一致的模型来分阀蝶板为例，该蝶阀蝶板蒙皮厚度为10mm的整块析。采用该软件分析某超音速风洞不同蝶板结构情圆钢板，圆周方向拼焊在蝶板上，蒙皮中间与相应框况下的流场。架筋板间以塞焊方式固定(图3)。实践证明蒙皮式模拟参数按实际风洞试验条件给

8、定，模拟试验蝶板容易出现裂纹，塞焊处易脱落，个别蝶板塞焊处介质为空气，进口流速为32m/s，进出口外接管道长蒙皮有圆形放射状裂纹，同时向外隆起(图4)。随着度各为阀门通径的5倍，