基于C#.NET的三偏心蝶阀干涉分析软件的研究.pdf

2 0 1 1年第 3 9卷第 7期 流体机械 3 1 文章编号 1 0 0 5 0 3 2 9 2 0 1 1 0 6 0 0 3 20 4 基于 C ． N E T的三偏心蝶阀干涉分析软件的研究 张希恒 ， 王志敏 ， 俞树荣 ， 凌晓 兰州理工大学， 甘肃兰州7 3 0 0 5 0 摘要 结合三偏心蝶阀密封面的启闭性能角， 建立等角度刨切计算模型， 分析三偏心蝶阀蝶板运动干涉， 以 c 高级 语言为工具， 开发了三偏心蝶阀密封面干涉的设计软件， 经过干涉分析软件的计算， 得到三偏心蝶阀密封面的干涉情况， 为设计人员提供准确、 快捷的一种设计方法。 关键词 三偏心蝶阀； 干涉分析； c ； 软件 中图分类号 T K 0 3 7 文献标 识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 50 3 2 9 ． 2 0 1 1 ． 0 7 ． 0 0 7 Re s e a r c h o f Tr i pl e Ec c e nt ric Bu t t e r fly Va l v e I nt e r f e r e n c e Pr oc e s s i ng S o f t wa r e Ba s e d o n C ． NET ZHANG Xi h e n g ，W ANG Zh i mi n ，YU Sh u - r o n g ，LI NG Xi a o L a n z h o u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Un i fi e s t h e o p e n g i n g c l o s i n g p e rf o r ma n c e o f t rip l e e c c e n t ric b u t t e r fly v a l v e p a c k i n g s u rfa c e s ，t h e i s o g o n i s m w a s e s - t a b l i s h e d t o c u t s t h e c o mp u t a t i o n mo d e l ，t rip l e e c c e n t ric b u t t e r fl y v a l v e p l a t e ’ S mo t i o n i n t e rf e r e n c e wa s a n a l y z e d， t a k i n g t h e C h i g h e r o r d e r l a n g u a g e a s t h e t o o l ， t ri p l e e c c e n t ri c b u t t e rfl y v alv e’ s s e a l s u r f a c e i n t e rfe r e n c e d e s i g n s o f t w a r e wa s d e v e l o p e d， t h r o u g h t h e ma n - ma c h i n e i n t e r a c t i o n c o n t a c t s u rfa c e ，t rip l e e c c e n t ric b u t t e rfl y v alv e’ S s e a l s u rf a c e fin a l l y t h e i n t e rf e r e n c e s i t u a t i o n wa s a n a l y z e d，i t p r o v i d e s a c c u r a t e l y a n d q u i c k l y d e s i g n me t h o d f o r t h e d e s i g n e r s ． Ke y wo r d s t rip l e e c c e n t ri c b u t t e r f l y v alv e ；a n aly s i s o f i n t e rfe r e n c e ；C ；S o f t w a r e 1 引言 蝶阀由于其结构简单， 启闭速度快， 密封可 靠 ， 尤其是硬 密封蝶 阀在高温 、 高压介质 的适用 性 ， 被广泛应用于石油、 化工 、 冶金 、 电力等行业 。 其中具有代表性的三偏心硬密封蝶 阀是在双偏心 蝶阀的基础上 ， 使蝶板 的中心偏置一定的角度 ， 形 成三偏心密封结构。该结构不仅具有双偏心蝶阀 摩擦力矩小 ， 开启灵 活等优 点 J ， 同时 由于其偏 心锥 角的作用 ， 在阀 门关 闭时能够 实现 自锁 ， 因 此 ， 三偏心硬密封蝶 阀在现代 阀门工业 中得到了 快速发展 。 三偏心蝶阀的轴向偏心、 径向偏心和角度偏 心是决定蝶板在启 闭过程 中是否与 阀座产生运动 干涉的主要因素， 由于其密封副各接触点运动轨 迹复杂 ， 不合理的偏心结构 ， 易于使蝶板在启 闭过 程中产生卡阻。本文通过对三偏心蝶阀的阀板运 收稿 日期 2 0 1 01 01 2 动轨迹进行分析 ， 找出其产生干涉 的原 因， 利用 C ． N E T高级编程语 言， 设计三偏心蝶阀干涉 的 分析程序， 通过求解蝶板密封面上每个坐标的干 涉角度 0 ， 判断蝶板运动是否发生干涉 ， 并能优化 计算蝶板最小偏心值 ， 为设计人员提供一种准确、 快捷 的设计方法。 2 三偏心蝶 阀的运动干涉条件 三偏心蝶 阀的蝶板是在 圆锥体上斜截得到的 一 定厚度 的椭 圆形截面实体 ， 如图 1所示。3个 偏心的第一偏心是指阀座密封面或蝶板厚度方 向 的等分线与阀杆中心相对偏心 长度 H ； 第二偏 心是指阀杆中心与阀门通道中心的相对偏 心 长 度 E ； 第三偏心是指圆锥形密封面的中心线与阀 门通道 中心 线 的相 对偏 心 角度 J 。直 线 A B表示 阀座密封面上某点 I n在某个平面处的切 3 2 F LUI D MACHI NERY Vo 1 ． 3 9， No ． 7， 2 01 1 线方向； 代表蝶板在该点的速度方向； 速度方向 和切线 A B的夹角为 0 ， 0逆时针方 向为正 ， 顺 时 方 向针为负 。文中称 0为启闭性能指示角。 图 1 三偏 心蝶周密封结 构 蝶板逆时针方 向转动 ， 蝶板开启 。当速度方 向 位 于切线 A B方 向的下方时， 密封副不发生 干涉 ， 0 10 ； 当速度方 向位于切线 A B方向的上方 时， 密封副发生 干涉 ， 0 。 由此可 知 ， 当 010当时 ， 密封副 不发生干涉； 00时， 密封副发生 干涉 。用牛顿 二次切分法求出精 确的干涉范 围， 精度可 以通过 设定变量的值来确定 。 3 ． 3 蝶板的最佳偏心计算 1 蝶板 的锥顶角 2 o r 的计算 蝶板的锥顶角大小与所选密封材料的摩擦系 数， m 有关， 为了使阀门在关闭位置时实现自锁， 根据机械原理知 t g 2 a 1 0 可 以根据密封 材料的摩擦系数 计算 出蝶 板的锥顶角 2 ， 然后结合实际情况选择合理的角 度 。 2 蝶板偏心角的计算 由图 1的几何关系得 O L 一叼 1 1 式 中 摩擦角 ， 。 ， t g a f m 叼 圆锥母 线 与 阀 门流 道 中心 线 的夹 角 ， 。 结合式 1 0 、 1 1 可得 0y≤0 I／ 2 1 2 3 轴向偏心 日的范 围 日≤ 1 3 二 二 式 中d 阀杆的直径 ， mm 阀座密封面的厚度 ， m m 4 径 向偏心的计算 当 0 ≥0时 ， 密封副不发生 干涉 ， 结合式 7 一 9 得到 ≥[ Y ／ 4 o Hc o s T e s i n y一 一t a n s x Y c o s y H s i n y ] ／ [ y s in y t g a x y 2 c o s t ] 1 4 式中e 密封面 中径所在 圆与圆锥轴线 的交 点和与阀体轴线的交点 间距离 ， m m 只要给定 、 H， 按照式 1 4 ， 结合密封 面 上任意点的坐标， 就可以计算出每一点的最小径 向偏心。提 取所有点 中最 小径 向偏 心 中的最 大 在实际操作中， 通过求出蝶板密封面上每个 坐标 的 0 值分析三偏心蝶 阀的干涉情况 ， 需要计 算的坐标数 以千计。如果用手工计算 ， 计算过程 比较复杂和繁琐 ， 工作量大 ， 为了节省时问和提高 工作效率， 采用 c ． N E T语言开发相应的设计软 件。c 挣 ． N E T是 以． N E T框架为基础 的一种高级 编程语言 。能够快捷、 方便地开发图形设计 、 图像 处 理 及 其 多 媒 体 技 术 的 Wi n d o w s应 用 程 序 WP F J 。运动干涉程序三维模型采用 WP F程 序编程。 利用角度剖切的方法 ， 通过程序设计 ， 可以计 算 出三偏心蝶 阀密封面上的任意一点的坐标和启 闭性能指示角 。根据启闭性能指示角的大小为三 维模型上的每个小单元格填涂颜色 ， 并通过颜色 的不同显示 出三偏心蝶 阀密封面的干涉情况。 根据上述的分析 ， 编写三偏心蝶 阀干涉分析 软件的程序， 其流程框图如图 4所示。 图4 设计程序流程示意 输入 s 平面的个数 r r 和刨切椭圆等分个数 A A， 在第一个 S平面 0切 面 上进行角度剖切 ， 3 4 F LUI D MACHI NERY Vo 1 ． 3 9， No ． 7， 2 01 1 计算出0切面上的所有点的坐标， 根据的大小 判断该切面上的所有点是否干 涉 ， 依次循 环 ， 计 算 出 1 ， 2 ， ⋯ ， r r 切面上的点的坐标 ， 并判断是否 干涉 。 5实例 5 ． 1 操 作界 面 用户通过三偏心蝶阀干涉分析软件的操作界 面的显示输入相应的设计参数和等份数。当触发 “ 计算” 按钮时 ， 在窗 口的右侧显示蝶板 的三维模 型， 并通过彩色云图反 映出蝶板上是 否干涉的大 致情况 ； 在窗口的下方显示 出蝶板密封面各点 的 坐标 ， Y ， Z - 及对应点的启 闭性能指示角和径 向 偏心值 ， 并判定蝶板运动是否发生干涉 ， 如图 5所 示 。同时在模型上单击 鼠标 ， 可获取单个点的计 算值 ， 并显示该点的坐标 。 ． 5 ． 2 实例 分析 以 D N 2 0 0 m m， P N1 ． 6 MP a的三偏心蝶 阀为实 例 ， 分析其密封 面干涉情 况。其 中 1 2 。 、 8。、 E 5mm、 H 2 5． 5mm 、 T 8 mm 、 D11 9 0mm。 设定等分平面次数 9 0 ， 椭 圆等分次数 ， 角度精 度 A 0 ． 0 0 5 O O 三偏心蝶阀密封面干涉云图如 图 5所示 ， 图 中， 深色区域代表干涉部分 00 ， 由此可以确定 三偏心蝶 阀最小 的径向偏心 ， 为三偏心蝶 阀驱动 装置的选取提供了依据； 5 软件从构建到计算结果输出简单、 直观、 易于掌握和使用。 参考文献 [ 1 ] 鹿彪， 张立红．金属硬密封蝶阀的设计与研制[ J ] ． 阀门，1 9 9 6 ， 3 2 - 6 ． 下转第 9页 9 2 9 5 ∞ m 2 I 1 日 i 口 H l l 辫 瞄 H 叠 l 2 0 1 1年第 3 9卷第 7期 流体机械 9 自由射流区和冲击区的轴向长度， 提高壁面射流 区的剪切效应。空化射流则是有效手段之一。 为了制造空化效应 ， 将喷嘴中置一锥形芯以形 成绕流射流， 绕流的结果是射流在喷嘴出口产生卡 门涡街， 旋涡所形成的真空带将是产生空化现象的 主要原因。大气与真空带 的压差将射流核长度延 伸 ， 射流在涡街之后凝聚构成其核心区； 由于核心 区得到延长， 射流总有效长度也即得到延长。 同时 ， 由于空化射 流气泡在 冲击壁面破灭所 产生瞬时爆破压力效应， 使射流冲击压力均值得 到极大提高， 其冲击压力与连续射流的冲击压力 有以下关 系 F I 1 P e x p S - 口 6P t 口 J ， 式中p 空化射流冲击压力 p 连续射流冲击压力 口 液体内气体的体积分数， ％ 1 2 ps “ 当 01 ／ 1 2～1 ／ 6时 ， P 8 ． 6～1 2 4 P 上式中倍数系数因与射流压力、 流量、 靶距等 诸多因素有关 ， 定量上虽难 以确定 ， 但在定性上明 确反映了空化射流冲击力提高的趋势。 上述两个 目标， 均是设计者的追求。在管风 琴式喷嘴基础上进行如 图5所示 的设计 ， 注意 ， 此 时的喷嘴等同于普通管风琴喷嘴的“ 阴剖面” 结 构 了。 锥形 喷嘴 芯 图 5 空化射流喷嘴的设计 两种喷嘴的试 验是 在清水 介质、 0 ． 5 5 MP a压 力 、 4 0 m ／ h流量工况下进行的。将喷嘴调至水平 进行射流射程试验 ， 观察射 流冲击区 即非雾化 区 的长度 ， 由标 杆测量这一射程长度 明显 由不 足 1 0 m提高到 1 2 m以上 其 中核心 区由 l m增加 到 2 m ， 而且射流 明显 呈现空化现 象， 即能观察 到水团趋势。这一现象将为冲击力增大提供依 据 ， 只是 由于流量太大 ， 冲击力通过测量来证实 尚 需专业条件。 6结语 综上所述 ， 油射 流打击力 的有效利用可以归 纳 以下几点 1 喷枪布阵相邻 间距在 1 2～1 5 m； 2 喷枪喷嘴与罐底油泥 的高度距离在 1～ 1． 5m ； 3 喷枪转速 1 2 r ／ mi n ； 4 喷嘴自 转转速 0 ． 0 1 3 0 ． 0 2 6 r ／ m i n ； 当遇到过于厚实的油泥层 时， 喷枪还可 以单 支依次作业 ， 由于射流冲击力和靶距至关重要 ， 集 中射流往往更有利提高效率 。 参考文献 [ 1 ] 李国兴． 机械化清洗设备在原油储罐清洗上的应用 [ J ] ． 管道技术与设备 ， 2 0 0 6 ， 3 4 3 4 4 ． [ 2 ] 刘建国， 李双林， 陈维国， 等． 储油罐机械化清洗技术在 油田的应用与推广[ J ] ． 清洗世界， 2 O 0 9 ， 1 2 1 - 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