1 前言球閥由于密封性 好、無滯后現(xiàn)象、工作壓力高、對污染不敏感、制造簡單、故障少，近來受到人們的青睞，廣泛應用在各種液壓系統(tǒng)中。

　球閥就其性能評價指標 而言，壓力流量特性無疑是衡量其工作特性的一個重要指標。球閥出流流量與進出口壓差關系,在流動介質確定的情況下，Q與ΔP的關系取決于C與A。A可由閥結構幾何特性決定。C是一個十分復雜的量，它與液流流動狀態(tài)、閥的幾何結構等因素有關，它的確定大多數(shù)依賴于實驗方法。目前還沒有計算球閥流量系數(shù)的理論計算式和通用的經驗或半經驗公式，這給球閥的設計與應用帶來很大不便。為了填補這方 面欠缺，從液流流動機理出發(fā)，提出球閥流量系數(shù)計算簡化模型就顯得尤為重要。

　2 流量系數(shù)的確定

　流量系數(shù)的大小實際 上反映了孔口出流時阻力的損失及過流斷面的減少對出流流量的綜合影響，可用下式表示：

　C=φμ

　式中φ--- 流體出流流速系數(shù)

　μ---收縮系數(shù)

　(1)流速系數(shù)的計算

　根據文獻[1]，可得下式：

　式中ξ---局部阻力系數(shù)

　對于圖1情況，根據文獻[2]：

　ξ= 0.5 + 0.15(A/Ax)2

　式中A---入口截面積

　它們的計算公式如下：

　A =πd2 /4

　其中

　式中d---閥座孔直徑

　x---閥芯升高量

　R---鋼球直徑

　因此，流速系數(shù)可按下式計算：

　(2)收縮系數(shù)μ的計算簡化模型

　液流經過閥座與鋼球之間間隙流出，由附面層理論可知，出流在鋼球迎面前半球面不可能發(fā)生分離現(xiàn)象，而在閥座A點有可能出現(xiàn)分離或流線改變方向 引起過流斷面收縮。從這個機理出發(fā)，可把流經閥口縫隙的流動分成兩部分，一部分沿過道壁流動，另一部分沿鋼球壁面流動。沿過道壁面流動的流體，由于壁面形狀改變出現(xiàn)尖角，引起流線方向的突然改變，在閥座邊緣側出現(xiàn)流體過流斷面的收縮，而沿鋼球一側的流動不會出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。因此流經鋼球與閥座之間的流動實際 上是外側收縮內側不收縮的環(huán)形流。由于環(huán)形縫隙流縫隙相對很小，根據縫隙流理論，它可以展開成兩平板間縫隙流。再由于其存在外側面收縮現(xiàn)象，因此可以簡化成如圖2所示的無底坎閘孔出流流動模型，對應尺寸如圖2。

　其環(huán)形流外側收縮系數(shù)可按閘孔出流情況計算選取。

　閘口流收縮系數(shù)μ可用儒可夫斯基理論分析方法求值。

　因此流量系數(shù)C可根據公式與表1計算。

　3 實驗研究

　嚴格地講，球閥流量系數(shù)C與雷諾數(shù)Re(Re=Q/4dv)有密切關系[4]，C隨Re的變化可以寫成如下關系式：

　C=KRen

　式中K、n為系數(shù)、指數(shù)，與閥結構形狀等有關。

　式中K、n為系數(shù)、指數(shù)，與閥結構形狀等有關。

　研究表明，Re存在臨界值Rec，并且 Rec隨比值d/(2R)增大而變大(如圖3)。當Re超過Rec后，C不隨Re變化，而趨于常數(shù)。一般來講Rec往往很小，而球閥在正常工作時Re遠大于Rec。

　因此可以認為在工作狀態(tài)下，C是常數(shù)。

　為了驗證模型的有效性及Rec與閥的幾何 尺寸關系，我們對不同幾何參數(shù)的球閥進行了實驗研究，結果如圖4所示。

　4 結論

　(1)球閥流量系數(shù)在很小范圍內隨Re 變化，Re存在臨界值Rec，當Re>Rec時，C趨于常數(shù)。

　(2)在Re>Rec時，本文模型計算結果與實驗值吻合良好，因此可用該模型計算球閥流量系數(shù)。

關鍵詞：球閥

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