針對水煤漿輸送管線上調節流量用的偏心旋轉閥內漏問題，利用計算流體動力學數值模擬方法進行了分析，得到內部流場的可視化圖形。通過流場的速度模擬分析，找出易發生破壞位置，得出產生內漏的原因，采用閥芯鑲嵌陶瓷的改進結構設計，提高了閥門耐磨損、抗沖刷和耐腐蝕的能力，有效延長了閥門的使用壽命。

1、概述

　　在水煤漿制備輸送過程中，閥門磨損問題一直是影響裝置平穩運行的因素之一。尤其是煤漿管線上的調節閥，閥芯磨損，閥體磨穿，造成調節閥內漏和外漏，不僅有毒有害介質發生泄漏污染環境，還可能造成重大事故。

2、數值模擬分析

　　2.1、三維建模

　　偏心旋轉閥的公稱通徑為100mm，流體的流動方向為流開，閥門最大行程為60°，調節閥經常在10% ～ 15% ( 6° ～ 10°) 的開度上調節。利用三維建模軟件，根據流道的尺寸和閥芯的結構及裝配關系對整個結構進行三維建模( 圖1) 。

圖1 開度為10°的模型

　　2.2、數值模擬

　　將偏心旋轉閥開度為10°的介質流道模型導入到WORKBENCH 中，對其進行網格劃分，采用四面體網格形式，劃分后網格數為924 725( 圖2) 。在進行網格劃分過程中，對模型設置邊界，并將模型導入到FLUENT 模塊中進行邊界條件的設置( 表1) 。然后對流道模型進行求解，并通過后處理得到流場可視化圖( 圖3) 。

圖2 網格劃分

　　由壓力云圖可以看出，介質在通過偏心旋轉閥時壓力集中在閥芯正對介質流向部分。由速度云圖可知，介質通過閥芯與閥座之間形成的間隙(主要是閥芯轉向介質流入方向的一側) 流出，由于間隙較小，對介質產生節流作用，介質流速極快，使閥芯轉向介質流入方向的一側容易出現破壞以及沖刷現象，而對介質主要流過閥體的那一側產生沖刷。

表1 邊界條件設置表

圖3 流場云圖

　　當閥芯在6° ～10° 的開度工作時，閥芯與閥座之間節流面形成的間隙很窄，含高固和高磨蝕性顆粒(2.5mm 以下) 的水煤漿通過節流面時，流速極快，是造成閥芯和閥座密封面磨損的主要原因(驗證了CFD分析結果的可靠性) 。當閥芯和閥座出現磨損后，流體節流面積增大，為了保證正常調節，閥門開度將減小，從而加劇閥芯和閥座的磨損，即使采取堆焊或噴焊硬質合金甚至采用整體碳化鎢燒結的閥芯，使用壽命也很短。

3、解決方案

　　經過分析，采取了縮小閥門入口面積，增大閥門正常調節開度，閥芯和閥座采用鑲嵌工程陶瓷材料(圖4) 等措施，提高了密封副抗沖刷、耐磨損的能力。閥門安裝使用過程中未發現有內漏的跡象，對閥門進行下線檢測(運行1年后) ，除閥芯壓蓋有部分沖蝕外，陶瓷閥芯、閥座以及閥體內腔完好。更換閥芯壓蓋后，閥門繼續使用。

圖4 陶瓷偏心旋轉閥

4、結語

　　改進后的陶瓷偏心旋轉閥使用情況良好，使用壽命更長，降低了運行成本。陶瓷偏心旋轉閥適用于水煤漿工藝和有腐蝕性介質等苛刻工況。