波涌阀密封性能的优化设计.pdf

机械研究与应用?2014年第1期(第27卷,总第129期)
设计与制造
波涌阀密封性能的优化设计
张忠杰,高昌珍
1.太原理エ大学旧泉学院,山西阳泉045000;2.山画农业大学工程技术学院,山西太谷030801)
摘要:波涌阀以水力为其驱动力,主要用于水利、节水灌溉,由于本身结构的特点和安装环境的限制,出现了灌溉水
在阀腔间和轴向泄漏璗较大的现象。根据所建立的泄漏量公式,应用 Matlab优化エ具箱,以泄漏量最小为目标函数,
以密封面两端压力差、密封面间摩擦力、密封面流量和O型圈胶料的硬度为边界约東条件,建立优化数学模型,进行
优化设计,并对优化结果进行分析。
关键词:波涌阀;泄漏;优化设计
中图分类号:TH137
文献标志码:A
文章编号:1007~-4414(2014)01-0129-02
Optimization Design of Sealing Performance for Surge Valve
ZHANG Zhong-jie GAO Chang-zhen
(1. Taiyuan University of Technology Yangquan Institute, Yangquan Shanxi 045000, China
2. Engineering Technical College, Shanxi Agricultre University, Taigu Shanti 030801, China
Abstract Surge valve which takes water power as driving force is used to irrigate and water saving, because the structure char-
acteristics and the limit ation of the installation environment, irrigation water appeared larger leakage phenomenon between the
valve chamber and axial. According to the established formula of leakage, an optimum mathematical model is established by
Matlab toolbox, choosing minimize leakage as the objective function, taking seal surface pressure gradient, friction between
the sealing surface and sealing surface flow and O-ring compound hardness as the boundary conditions, the mathematical mod
is established and optimally designed, the optimal results are analyzed
Key words: surge valve; leakage; optimum design
1引言
度,mm;B为沟槽底宽,m;△p为波涌阀密封面间隙
波涌换向阀实现水流的换向,是波涌灌溉系统的两端压力差MPa;g为波涌阀流量,m/s;F为0型圈
核心设备。在实际的田间试验中,受波涌阀本身密封面间摩擦力,N;p为水密度,kg/m;k为修正系
结构特点和安裝环境要求的影响,出现了灌溉水在阀数(査流体力学手册确定,在层流运动的状态下,ん=
腔中和轴向泄漏量较大的现象。因此,如何完善波涌1.01);y为水动力粘度系数,m3/s;z为泄漏间隙长
换向阀的密封性能,减少泄漏成为迫切需解决的问度,mm;,2为0型密封圈内外直径,m;Fn为0型
题
圈胶料的硬度
2波涌阀密封泄漏分析
3波涌阀密封性能的优化设计
2.1波涌阀密封原理
3.1优化设计及其数学模型
0型橡胶密封圈是一种断面形状为圆形的小截
优化设计的数学模型包括优化设计三要素,即设
面的密封元件,既可单独使用,也可与其它非橡胶密计变量、约束条件和目标函数21。
封件组合使用。对波涌阀而言,O型橡胶密封圈被安
(1)设计变量设计变量是指在机械设计过程
装在沟槽中使用,依靠压缩榱胶件来保证密封效中可进行调整和优选的独立参数,如构件尺寸、运动
果
参数、节点的位置坐标等
2.2波涌阀密封面泄漏量的计算
参照波涌阀主要技术指标和重要技术参数如表
为衡量波涌阀的密封性能,在对密封面泄漏作出1所列,根据波涌阀密封面泄漏量计算公式,选取波
假设的基础上,建立了波涌阀密封面泄漏量公式
涌阀密封面流量的工作流量q、水通过缝隙后的密封
H BADAF
面问隙两端压力差p、密封面间摩擦力F、O型圈胶
料的硬度F波涌阀水运动粘性系数γ为设计变量。
用矩阵形式表示为
式中:Q为波涌阀计算泄漏量,m/s43;∥为沟槽深
x=[x, x, x3,]=[g, Ap, F, F,y
收稿日期:2013-11-27
作者简介:张忠杰(1979-),男,山西兴县人,助教,研究方向:机械制造与自动化。
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