Исследование диапазона применения «мягких» уплотнений седел шаровых кранов
9
Для понимания этого явления и установления предела примени-
мости «мягких» уплотнений проведены расчетно-теоретические ис-
следования течения среды через проточную полость шарового крана.
Расчетно-теоретические исследования.
Разработана математи-
ческая модель течения рабочей среды в проточной полости шарового
крана и проведены расчеты с помощью программного продукта Flow
Vision (FV).
Проводились численные исследования течения рабочей среды в
проточной полости крана при угле открытия пробки 23°. Задача ре-
шалась в трехмерной нестационарной постановке. Математическая
модель строилась при допущении, что рабочей средой является не-
сжимаемая жидкость с использованием модели
k
—
турбулентности.
Задавался постоянный шаг по времени: на этапах разгона решения —
0,01 с, а при уточнении решения шаг последовательно уменьшался до
0,0025 с. Граничные условия: «вход» — нормальная скорость; «вы-
ход» — свободный выход, нулевое давление. Опорные величины:
давление — 1 013 235 Па (нормальное); температура — 273,15 K.
В расчете использовали (задаются и выводятся) избыточные величи-
ны давления по отношению к опорному.
С целью более детального и точного исследования воздействия
потока на переднее уплотнение проведены уточняющие расчеты с
разрешением течения в зоне уплотнения путем адаптации (сгущени-
ем) сетки до четвертого уровня в области уплотнения. При этом шаг
по времени уменьшался до 0,001 с.
На рис. 3 показаны результаты расчета в виде векторов скорости
в продольной серединной плоскости и заливок давления в сечениях
по переднему уплотнению, там же отображены информационные ок-
на с интегральными характеристиками давления и полного давления
на входе. Сечения по уплотнению проходят через поверхности, вы-
ступающие из заделки части уплотнения: фронтальную, рабочую и
тыльную (см. рис. 3). Это позволяет оценить воздействие потока на
каждую из них в виде распределения скорости и давления. В резуль-
тате расчета при скорости на входе 8 м/с получены величины стати-
ческого давления и полного давления на входе ~33,18 и ~33,21 мПа
соответственно при расходе рабочей среды 62,8 кг/с.
В итоге расчетно-теоретических исследований установлено, что в се-
рединной зоне поток не стабилен. Периодически происходит то его от-
рыв, и он отходит от уплотнения, как это показано на рис. 3, то его при-
жатие к уплотнению. В зоне краев дуги уплотнения поток стабильный и
непосредственно воздействует на уплотнение скоростным напором
(рис. 4). При этом давление на уплотнение в этих местах из-за торможе-
ния потока достигает 19 мПа, а скорость на рабочей поверхности —
190 м/с. За тыльной стороной уплотнения наблюдается зона отрыва.
