針對水煤漿輸送管線上調(diào)節(jié)流量用的偏心旋轉(zhuǎn)閥內(nèi)漏問題，利用計算流體動力學(xué)數(shù)值模擬方法進(jìn)行了分析，得到內(nèi)部流場的可視化圖形。通過流場的速度模擬分析，找出易發(fā)生破壞位置，得出產(chǎn)生內(nèi)漏的原因，采用閥芯鑲嵌陶瓷的改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高了閥門耐磨損、抗沖刷和耐腐蝕的能力，有效延長了閥門的使用壽命。

1、概述

　　在水煤漿制備輸送過程中，閥門磨損問題一直是影響裝置平穩(wěn)運(yùn)行的因素之一。尤其是煤漿管線上的調(diào)節(jié)閥，閥芯磨損，閥體磨穿，造成調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏和外漏，不僅有毒有害介質(zhì)發(fā)生泄漏污染環(huán)境，還可能造成重大事故。

2、數(shù)值模擬分析

　　2.1、三維建模

　　偏心旋轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)閥經(jīng)常在10% ～ 15% ( 6° ～ 10°) 的開度上調(diào)節(jié)。利用三維建模軟件，根據(jù)流道的尺寸和閥芯的結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模( 圖1) 。

圖1 開度為10°的模型

　　2.2、數(shù)值模擬

　　將偏心旋轉(zhuǎn)閥開度為10°的介質(zhì)流道模型導(dǎo)入到WORKBENCH 中，對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用四面體網(wǎng)格形式，劃分后網(wǎng)格數(shù)為924 725( 圖2) 。在進(jìn)行網(wǎng)格劃分過程中，對模型設(shè)置邊界，并將模型導(dǎo)入到FLUENT 模塊中進(jìn)行邊界條件的設(shè)置( 表1) 。然后對流道模型進(jìn)行求解，并通過后處理得到流場可視化圖( 圖3) 。

圖2 網(wǎng)格劃分

　　由壓力云圖可以看出，介質(zhì)在通過偏心旋轉(zhuǎn)閥時壓力集中在閥芯正對介質(zhì)流向部分。由速度云圖可知，介質(zhì)通過閥芯與閥座之間形成的間隙(主要是閥芯轉(zhuǎn)向介質(zhì)流入方向的一側(cè)) 流出，由于間隙較小，對介質(zhì)產(chǎn)生節(jié)流作用，介質(zhì)流速極快，使閥芯轉(zhuǎn)向介質(zhì)流入方向的一側(cè)容易出現(xiàn)破壞以及沖刷現(xiàn)象，而對介質(zhì)主要流過閥體的那一側(cè)產(chǎn)生沖刷。

表1 邊界條件設(shè)置表

圖3 流場云圖

　　當(dāng)閥芯在6° ～10° 的開度工作時，閥芯與閥座之間節(jié)流面形成的間隙很窄，含高固和高磨蝕性顆粒(2.5mm 以下) 的水煤漿通過節(jié)流面時，流速極快，是造成閥芯和閥座密封面磨損的主要原因(驗證了CFD分析結(jié)果的可靠性) 。當(dāng)閥芯和閥座出現(xiàn)磨損后，流體節(jié)流面積增大，為了保證正常調(diào)節(jié)，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(zhì)合金甚至采用整體碳化鎢燒結(jié)的閥芯，使用壽命也很短。

3、解決方案

　　經(jīng)過分析，采取了縮小閥門入口面積，增大閥門正常調(diào)節(jié)開度，閥芯和閥座采用鑲嵌工程陶瓷材料(圖4) 等措施，提高了密封副抗沖刷、耐磨損的能力。閥門安裝使用過程中未發(fā)現(xiàn)有內(nèi)漏的跡象，對閥門進(jìn)行下線檢測(運(yùn)行1年后) ，除閥芯壓蓋有部分沖蝕外，陶瓷閥芯、閥座以及閥體內(nèi)腔完好。更換閥芯壓蓋后，閥門繼續(xù)使用。

圖4 陶瓷偏心旋轉(zhuǎn)閥

4、結(jié)語

　　改進(jìn)后的陶瓷偏心旋轉(zhuǎn)閥使用情況良好，使用壽命更長，降低了運(yùn)行成本。陶瓷偏心旋轉(zhuǎn)閥適用于水煤漿工藝和有腐蝕性介質(zhì)等苛刻工況。