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圖1 高速風(fēng)洞閥門配置

        2 蝶板布局及其流場
        2.1 蝶板布局
        根據(jù)壓力及口徑的不合，蝶板的布局形式也有所不合。風(fēng)洞蝶閥的蝶板布局形式主要有框架勢、蒙皮式和蒙皮開孔式。
        （1）框架勢蝶板
        小口徑蝶閥的蝶板通常鑄形成兩面均為流線型的布局形式。大口徑蝶閥（DN≥1000）蝶板團體鑄造會導(dǎo)致鑄件自重和本錢增加，同時驅(qū)動擺設(shè)的驅(qū)動扭矩也需加大。大口徑蝶閥的蝶板最思空見貫的款式是蝶板承壓一側(cè)為光滑龜背布局，另一側(cè)為框架布局，以便在保障剛度和強度的同時加重自重（圖2）。
（a）蝶板反面（龜背側(cè)）（b）蝶板側(cè)面（框架側(cè)）

圖2 框架勢蝶板

        （2）蒙皮式蝶板
        為了減小流阻系數(shù)，提高疏浚功用，偶然將框架所形成的空腔以蒙皮覆蓋。以某風(fēng)洞DN2500蝶閥蝶板為例，該蝶閥蝶板蒙皮厚度為10mm的整塊圓鋼板，圓周偏袒拼焊在蝶板上，蒙皮兩頭和響應(yīng)框架筋板間以塞焊法子固定（圖3）。理論證明蒙皮式蝶板容易呈現(xiàn)裂紋，塞焊處易殘落，個別蝶板塞焊處蒙皮有圓形放射狀裂紋，同時向外隆起（圖4）。隨著風(fēng)洞實驗次數(shù)的增加，裂紋不斷擴大，頻仍補焊依然無奈杜絕該問題，說明僅僅通過補焊不能設(shè)計問題。

圖3 蒙皮式蝶板

圖4 塞焊點蒙皮豆剖（3）蒙皮開孔式蝶板
        經(jīng)闡發(fā)，裂紋是由于閥門振動形成的，而隆起是由于蒙皮內(nèi)腔壓力大于內(nèi)部壓力而至。為了減小蒙皮兩頭壓差，在蒙皮適合位置開均衡孔形成蒙皮開孔式蝶板。以某風(fēng)洞DN2500蝶閥蝶板為例，該蝶板共開φ16mm的均衡孔341個，開孔面積率約為2.2%（圖5）。開孔后現(xiàn)實運用造詣良好。

圖5 蒙皮開孔

        2.2 流場闡發(fā)    
        頻年來，CFD方法獲患了很大的發(fā)展，計較準(zhǔn)確、界面友好，運用簡單。當(dāng)前，和三維CAD無縫集成的CFD軟件SolidWorksCOSMOSFloWorks可直接運用SolidWorks所生成的和實物不同的模型來闡發(fā)。采取該軟件闡發(fā)某超音速風(fēng)洞不合蝶板布局情況下的流場。
        模仿參數(shù)按現(xiàn)實風(fēng)洞實驗條件給定，模仿實驗介質(zhì)為氣氛，進口流速為32m/s，進進口外接收道長度各為閥門通徑的5倍，進口壓力為2.0MPa，進口壓力為大氣壓。氣流偏袒為現(xiàn)實運行偏袒，即從蝶板龜背側(cè)管道向蝶板框架側(cè)管道偏袒流動。
        圖6所示為框架勢蝶板流場。蝶閥全開時，龜背卑鄙存在低壓區(qū)，蝶板框架側(cè)由于空腔的影響，流速分布不均勻，壓力梯度較大。

（a）速度云圖        （b）壓力云圖
圖6 框架勢蝶板流場32m/s

（a）速度云圖         （b）壓力云圖
圖7 蒙皮式蝶板流場32m/s

        圖7所示為蒙皮式蝶板流場。根據(jù)圖示的流場云圖來看，和框架勢蝶板比照，增加蒙皮后蝶板框架側(cè)由于蒙皮的作用，流場有所改良，壓力分布較均勻，有部分壓力梯度減小，不利于減小振動。
        圖8所示為蒙皮開孔式蝶板流場。根據(jù)圖示的流場云圖闡發(fā)，和蒙皮式蝶板比照，蒙皮開孔后蝶板框架－蒙皮側(cè)的速度和壓力分布加倍均勻。由于蒙皮側(cè)的氣流場變得較為堅固也加重了對龜背側(cè)氣流場的干擾，從圖8中可看出龜背側(cè)渦流區(qū)比圖7中的情況有顯著的減小，不利于進一步緩解蝶板的振動。

（a）速度云圖          （b）壓力云圖
圖8 蒙皮開孔式蝶板流場32m/s

        3 蝶閥不合開度及其流場
        選取閥門開度為45%和10%的兩種模范工況鉆研閥門封閉過程的流場情況。按照風(fēng)洞現(xiàn)實實驗時的參數(shù)作為邊界條件，蝶板形式以蒙皮開孔式布局為鉆研對象。
        如圖9云圖所示，蝶閥開度為45%時，由于蝶板阻遏，流速分布呈現(xiàn)顯著不均勻性，在雙側(cè)流道的中心區(qū)域，流速顯著增加，并形成渦流。速度較大的區(qū)域會集在蝶板直徑處（和閥桿垂直偏袒）的雙側(cè)狹隘流道區(qū)域，對管道沖擊較大。由于在蝶板蒙皮側(cè)存在有部分低壓區(qū)，且經(jīng)蝶板雙側(cè)流過的兩股氣體存在著較大的速度差，在蝶板蒙皮側(cè)形成為了較大的旋渦。

（a）速度云圖        （b）壓力云圖
圖9 蝶板開度45%時的流場32m/s

        如圖10云圖所示，蝶板開度為10%時，其前部流速瀕臨為0，氣流幾近被堵住，和閥桿垂直偏袒的蝶板直徑處雙側(cè)狹隘流道流速較快，且數(shù)值顯著高于開度45%的情況。

（a）速度云圖         （b）壓力云圖
圖10 蝶板開度10%時的流場32m/s  比照圖8、圖9和圖10，或許看出，蝶閥在封閉過程中，流場剛強較大，格外是在45%開度時渦流區(qū)域較大，這是導(dǎo)致閥體及管道強烈振動的主要原因。
        因此，在蝶閥封閉過程中必須減小閥門前后的壓差，有效消沉閥門封閉過程中氣流對閥體及管道的沖擊，從而減少振動，消沉驅(qū)動擺設(shè)的負載，提高閥門的可靠性，延長閥門壽命。根據(jù)超音速風(fēng)洞閥門零碎的布局和運行規(guī)律，采取增加小口徑旁路閥的法子完成上述目標(biāo)。如圖11所示，電動蝶閥和液動蝶閥均增加一小口徑旁路閥，用以均衡蝶閥前后的壓差。在整個實驗過程中，閥門零碎的工作流程為先掀開各自的旁路閥來消沉蝶閥前后壓差，待壓力基本均衡后，封鎖旁路閥，爾后再掀開蝶閥，發(fā)展實驗，實驗竣事后，順次封鎖調(diào)壓閥、液動蝶閥和電動蝶閥。從現(xiàn)實運用情況來看，該步伐極大地改良了蝶閥的運用工況，蝶閥封閉過程堅固，故障率消沉。

圖11 蝶閥兩頭增加旁路

        4 結(jié)語
        超音速風(fēng)洞大口徑蝶閥的蝶板可通過焊接蒙皮以及在蒙皮上開孔的法子來改良蝶板周圍流場。通過在蝶閥兩頭增設(shè)旁路閥的法子可減小蝶閥封閉過程中氣流對閥體及管道的沖擊，減小振動。理論證明，所采取的上述兩項步伐可有效消沉蝶閥的故障率，延長蝶閥的運用壽命，使風(fēng)洞運行加倍安全可靠。
        參考文獻
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