1 前言球閥由于密封性 好、無(wú)滯后現(xiàn)象、工作壓力高、對(duì)污染不敏感、制造簡(jiǎn)單、故障少，近來(lái)受到人們的青睞，廣泛應(yīng)用在各種液壓系統(tǒng)中。
球閥就其性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 而言，壓力流量特性無(wú)疑是衡量其工作特性的一個(gè)重要指標(biāo)。球閥出流流量與進(jìn)出口壓差關(guān)系,在流動(dòng)介質(zhì)確定的情況下，Q與ΔP的關(guān)系取決于C與A。A可由閥結(jié)構(gòu)幾何特性決定。C是一個(gè)十分復(fù)雜的量，它與液流流動(dòng)狀態(tài)、閥的幾何結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，它的確定大多數(shù)依賴于實(shí)驗(yàn)方法。目前還沒有計(jì)算球閥流量系數(shù)的理論計(jì)算式和通用的經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式，這給球閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用帶來(lái)很大不便。為了填補(bǔ)這方 面欠缺，從液流流動(dòng)機(jī)理出發(fā)，提出球閥流量系數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)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(shí)際 上反映了孔口出流時(shí)阻力的損失及過(guò)流斷面的減少對(duì)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(jì)算
根據(jù)文獻(xiàn)[1]，可得下式：
式中ξ---局部阻力系數(shù)
對(duì)于圖1情況，根據(jù)文獻(xiàn)[2]：
ξ= 0.5 + 0.15(A/Ax)2
式中A---入口截面積
它們的計(jì)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(jì)算：
(2)收縮系數(shù)μ的計(jì)算簡(jiǎn)化模型
液流經(jīng)過(guò)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(diǎn)有可能出現(xiàn)分離或流線改變方向 引起過(guò)流斷面收縮。從這個(gè)機(jī)理出發(fā)，可把流經(jīng)閥口縫隙的流動(dòng)分成兩部分，一部分沿過(guò)道壁流動(dòng)，另一部分沿鋼球壁面流動(dòng)。沿過(guò)道壁面流動(dòng)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(cè)出現(xiàn)流體過(guò)流斷面的收縮，而沿鋼球一側(cè)的流動(dòng)不會(huì)出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。因此流經(jīng)鋼球與閥座之間的流動(dòng)實(shí)際 上是外側(cè)收縮內(nèi)側(cè)不收縮的環(huán)形流。由于環(huán)形縫隙流縫隙相對(duì)很小，根據(jù)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(cè)面收縮現(xiàn)象，因此可以簡(jiǎn)化成如圖2所示的無(wú)底坎閘孔出流流動(dòng)模型，對(duì)應(yīng)尺寸如圖2。
其環(huán)形流外側(cè)收縮系數(shù)可按閘孔出流情況計(jì)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(jù)公式與表1計(jì)算。
3 實(shí)驗(yàn)研究
嚴(yán)格地講，球閥流量系數(shù)C與雷諾數(shù)Re(Re=Q/4dv)有密切關(guān)系[4]，C隨Re的變化可以寫成如下關(guān)系式：
C=KRen
式中K、n為系數(shù)、指數(shù)，與閥結(jié)構(gòu)形狀等有關(guān)。
式中K、n為系數(shù)、指數(shù)，與閥結(jié)構(gòu)形狀等有關(guān)。
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(dāng)Re超過(guò)Rec后，C不隨Re變化，而趨于常數(shù)。一般來(lái)講Rec往往很小，而球閥在正常工作時(shí)Re遠(yuǎn)大于Rec。
因此可以認(rèn)為在工作狀態(tài)下，C是常數(shù)。
為了驗(yàn)證模型的有效性及Rec與閥的幾何 尺寸關(guān)系，我們對(duì)不同幾何參數(shù)的球閥進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果如圖4所示。
4 結(jié)論
(1)球閥流量系數(shù)在很小范圍內(nèi)隨Re 變化，Re存在臨界值Rec，當(dāng)Re>Rec時(shí)，C趨于常數(shù)。
(2)在Re>Rec時(shí)，本文模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合良好，因此可用該模型計(jì)算球閥流量系數(shù)。
關(guān)鍵詞：球閥
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