Chapter 1
第1章 緒論

1.1 概述

流程閥門是流體管道輸送系統(tǒng)中用來控制流體介質(zhì)流量以及流向的流體控制元件，如圖1-1所示。它具有導流、節(jié)流、分流、溢流、截止或止回等功能，對整個系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性有著很大的影響，被喻為管路的“咽喉”^[1-3]。

圖1-1 流程閥門在管道系統(tǒng)中的應用

流程閥門有著悠久的發(fā)展歷史，其種類十分豐富，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)有3000多個型號，40000多個規(guī)格的閥門產(chǎn)品。為了對流程閥門進行區(qū)分，國內(nèi)和國際上通常采用即按原理、作用又按結(jié)構(gòu)的分類方法將流程閥門分成12大類，即閘閥、球閥、蝶閥、截止閥、旋塞閥、隔膜閥、節(jié)流閥、減壓閥、止回閥、安全閥、疏水閥以及其他閥門，如圖1-2所示。這些流程閥門產(chǎn)品在國民經(jīng)濟各領域都有著廣泛的使用。如用于航空發(fā)動機測試用風洞系統(tǒng)的雙瓣蝶閥，用于西氣東輸管道系統(tǒng)的超大口徑球閥，用于核電站核島和常規(guī)島系統(tǒng)的蝶閥和截止閥，用于氣力輸送系統(tǒng)的雙閘板閘閥，用于船艦各系統(tǒng)的球閥和蝶閥，用于化工管路的截止閥和球閥，以及用于城市排水工程的球閥等。因此通過對流程閥門開展研究，實現(xiàn)閥門關(guān)鍵技術(shù)的突破，有利于促進我國的流程工業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟的發(fā)展。

圖1-2 各種類型的流程閥門

流程閥門的調(diào)控功能主要依靠啟閉件的升降、滑移、旋擺或回轉(zhuǎn)運動改變流道面積大小來實現(xiàn)，其實質(zhì)是調(diào)控閥門內(nèi)部流體的流動規(guī)律。在閥門的節(jié)流作用下，閥門下游極易產(chǎn)生漩渦、回流、二次流等不穩(wěn)定渦流結(jié)構(gòu)，這些復雜流動狀態(tài)的產(chǎn)生和發(fā)展是導致閥門運行失效的主要內(nèi)在因素之一。

流程閥門的使用環(huán)境多樣化，其內(nèi)部流通的介質(zhì)常常不是單一的流體，而是流體和固體的混合介質(zhì)，如電廠中的粉煤灰和煤粉正壓輸送、含固體顆粒雜質(zhì)的天然氣采集輸送、冶金工業(yè)的金屬粉料輸送等。由于顆粒的存在，閥門內(nèi)部渦流結(jié)構(gòu)將與顆粒運動相互耦合，這不僅會導致閥門內(nèi)部流體動力學特性的復雜化，同時還將導致閥門內(nèi)部流道表面出現(xiàn)不同程度的磨損，如圖1-3所示，從而降低閥門的工作壽命，影響輸送系統(tǒng)的安全性和可靠性。

為了提高流程閥門的技術(shù)水平，以適應我國日益增長的國民經(jīng)濟的需求，我國閥門企業(yè)采取了自主創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新等舉措，通過對一些具有代表性的閥門進行解剖分析，探討閥門的失效方式，并進行改進設計，實現(xiàn)了較大的技術(shù)跨越。然而，大多數(shù)閥門產(chǎn)品都未從流動本質(zhì)出發(fā)，對閥門內(nèi)部流動特性以及流動所誘發(fā)的問題開展研究，歸納總結(jié)閥門的失效機理，并對閥門的產(chǎn)品進行優(yōu)化設計，導致一些技術(shù)含量高、附加值高的閥門產(chǎn)品核心技術(shù)尚未掌握。因此，為滿足日益發(fā)展的流程工業(yè)需求，促進高端流程閥門的國產(chǎn)化進程，亟須掌握流程閥門不同工況下的流體動力學特性及其誘導的閥門損壞規(guī)律，從而為流程閥門的設計和優(yōu)化提供理論支撐。

圖1-3 閥門內(nèi)部流道表面磨損圖