在調(diào)節(jié)閥中，介質(zhì)的流速以沖擊力的形式對(duì)閥內(nèi)件產(chǎn)生很大的損傷。經(jīng)過(guò)分析單座調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)，把單座調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)簡(jiǎn)化為孔板節(jié)流過(guò)程。通過(guò)使用動(dòng)量方程、伯努利方程和連續(xù)性方程建立單座調(diào)節(jié)閥耐水沖擊的數(shù)學(xué)模型，得到不同開(kāi)度下，單座調(diào)節(jié)閥所受到的沖擊力。

1、概述

　　在過(guò)程控制中，調(diào)節(jié)閥直接和流體相接觸，所以調(diào)節(jié)閥的穩(wěn)定性和可靠性非常重要。調(diào)節(jié)閥在工作過(guò)程中受到的沖擊力影響著調(diào)節(jié)閥的可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命。沖擊力過(guò)大，會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷破壞，并伴隨有噪聲過(guò)大和閥體振動(dòng)等一系列問(wèn)題。因此，研究調(diào)節(jié)閥所受到的沖擊力對(duì)提高調(diào)節(jié)閥的可靠性、穩(wěn)定性以及使用壽命有著極為重要的意義。

2、數(shù)學(xué)模型

　　在介質(zhì)從調(diào)節(jié)閥( 圖1) 入口經(jīng)過(guò)閥瓣與閥座間的流通面后，從閥門(mén)出口流出的過(guò)程中，閥瓣和閥座等閥內(nèi)件受到一定的沖擊作用。由于閥瓣所受的沖擊力隨著流通面積的變化而變化，而流通面積隨著開(kāi)度的變化而變化，又因閥瓣隨開(kāi)度變化而上下移動(dòng)，其受到的沖擊角度因閥瓣的上下移動(dòng)而改變，因此，計(jì)算閥瓣所受到的沖擊力非常困難。為了計(jì)算閥瓣所受到的沖擊力，采用流體流過(guò)孔板的能量變化模擬流體流過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)的能量變化( 圖2) ，根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒計(jì)算調(diào)節(jié)閥所受到的等效沖擊力。

圖1 單座調(diào)節(jié)閥

圖2 單座調(diào)節(jié)閥簡(jiǎn)化模型

　　根據(jù)應(yīng)用流體力學(xué)的恒定總流動(dòng)量定理

　　式中P1、P2———調(diào)節(jié)閥入口和出口壓力，Pa;A1、A2———調(diào)節(jié)閥入口和出口接管面積，m2;v1、v2———調(diào)節(jié)閥入口和出口介質(zhì)流速，m /s;F———調(diào)節(jié)閥所受沖擊力，N;ρ———流體介質(zhì)密度，kg /m3;Qv———流體體積流量，m3 /s

　　由于進(jìn)口與出口處的接管面積相等，即A1 =A2，同一開(kāi)度下流量恒定，所以調(diào)節(jié)閥進(jìn)口和出口的速度相等，即v1 = v2。因此，調(diào)節(jié)閥所受到的等效沖擊力為F = ( P1 - P2) A1 = ΔPA1。

3、結(jié)語(yǔ)

　　根據(jù)流體沖擊力計(jì)算公式可以確定調(diào)節(jié)閥在不同開(kāi)度下所受到的等效沖擊力。但應(yīng)注意，流體沖擊力計(jì)算公式建立時(shí)把流體在調(diào)節(jié)閥中流動(dòng)時(shí)的能量變化進(jìn)行模擬化簡(jiǎn)，未考慮不同調(diào)節(jié)閥在實(shí)際流通過(guò)程中流通系數(shù)值的修正問(wèn)題。在計(jì)算能量損失時(shí)，由于在突然縮小管處用的是經(jīng)驗(yàn)公式，所以根據(jù)能量損失計(jì)算的壓差與實(shí)際壓差有一定的誤差。而氣蝕對(duì)等效沖擊力的計(jì)算也會(huì)產(chǎn)生影響。