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水煤漿輸送用偏心旋轉閥結構改進

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  針對水煤漿輸送管線上調節流量用的偏心旋轉閥內漏問題,利用計算流體動力學數值模擬方法進行了分析,得到內部流場的可視化圖形。通過流場的速度模擬分析,找出易發生破壞位置,得出產生內漏的原因,采用閥芯鑲嵌陶瓷的改進結構設計,提高了閥門耐磨損、抗衝刷和耐腐蝕的能力,有效延長了閥門的使用壽命。

1、概述
  在水煤漿製備輸送過程中,閥門磨損問題一直是影響裝置平穩運行的因素之一。尤其是煤漿管線上的調節閥,閥芯磨損,閥體磨穿,造成調節閥內漏和外漏,不僅有毒有害介質發生泄漏汙染環境,還可能造成重大事故。

2、數值模擬分析
  2.1、三維建模
  偏心旋轉閥的公稱通徑為100mm,流體的流動方向為流開,閥門最大行程為60°,調節閥經常在10% ~ 15% ( 6° ~ 10°) 的開度上調節。利用三維建模軟件,根據流道的尺寸和閥芯的結構及裝配關係對整個結構進行三維建模( 圖1) 。

開度為10°的模型
  2.2、數值模擬
  將偏心旋轉閥開度為10°的介質流道模型導入到WORKBENCH 中,對其進行網格劃分,采用四麵體網格形式,劃分後網格數為924 725( 圖2) 。在進行網格劃分過程中,對模型設置邊界,並將模型導入到FLUENT 模塊中進行邊界條件的設置( 表1) 。然後對流道模型進行求解,並通過後處理得到流場可視化圖( 圖3) 。
網格劃分
  由壓力雲圖可以看出,介質在通過偏心旋轉閥時壓力集中在閥芯正對介質流向部分。由速度雲圖可知,介質通過閥芯與閥座之間形成的間隙(主要是閥芯轉向介質流入方向的一側) 流出,由於間隙較小,對介質產生節流作用,介質流速極快,使閥芯轉向介質流入方向的一側容易出現破壞以及衝刷現象,而對介質主要流過閥體的那一側產生衝刷。
邊界條件設置表


流場雲圖
  當閥芯在6° ~10° 的開度工作時,閥芯與閥座之間節流麵形成的間隙很窄,含高固和高磨蝕性顆粒(2.5mm 以下) 的水煤漿通過節流麵時,流速極快,是造成閥芯和閥座密封麵磨損的主要原因(驗證了CFD分析結果的可靠性) 。當閥芯和閥座出現磨損後,流體節流麵積增大,為了保證正常調節,閥門開度將減小,從而加劇閥芯和閥座的磨損,即使采取堆焊或噴焊硬質合金甚至采用整體碳化鎢燒結的閥芯,使用壽命也很短。

3、解決方案
  經過分析,采取了縮小閥門入口麵積,增大閥門正常調節開度,閥芯和閥座采用鑲嵌工程陶瓷材料(圖4) 等措施,提高了密封副抗衝刷、耐磨損的能力。閥門安裝使用過程中未發現有內漏的跡象,對閥門進行下線檢測(運行1年後) ,除閥芯壓蓋有部分衝蝕外,陶瓷閥芯、閥座以及閥體內腔完好。更換閥芯壓蓋後,閥門繼續使用。

陶瓷偏心旋轉閥

4、結語
  改進後的陶瓷偏心旋轉閥使用情況良好,使用壽命更長,降低了運行成本。陶瓷偏心旋轉閥適用於水煤漿工藝和有腐蝕性介質等苛刻工況。





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