1 概述
在柱塞式调节阀设计中，阀瓣的型面设计与绘制直接影响调节阀的调节特性。首先以客户提供的管道需求流量、阀前后压降、介质工况、管道情况等已知条件选择调节阀的类型，再依据相应的标准（如GB/T17213.2-2005)计算和确定所选阀门的流量系数CV。再以GB/T17213.2附录A提示可以确定各行程单流路缩流段的总面积和环形流路的内径，但阀瓣型面计算量大，手动完成绘制耗时。本文提出了根据调节阀的调节特性和流体力学原理建立数学模型的一种方法，并利用计算机完成阀瓣型面的绘制，以减少调节特性的偏差，缩短设计和制造周期。
2 依据
根据伯努利方程和连续方程得出不可压缩流体的体积流量方程，即
（1）
式中 Qv———流量，m3/min
C———节流装置几何相似，在相同的雷诺数下具有相同的流出系数
β———等效节流直径与管道横截面内直径之比
A———节流流路面积等效，mm2
ρ入口端介质的平均密度，lb/ft3
ΔP———阀前后压降值，psi
为了简化计算，忽略了紊流状态C值变化小，调节阀体积流量Qv与A的关系为
（2）
式中 Q0-最大体积流量，USgal/min
A0-单流路节流断面总面积(见GB/T17213.2－2005），mm2
（3）
β0-最大等效节流直径与管道横截面内直径之比
f（h%，R）———流量特性函数
因此，等效节流流路的面积A由阀瓣开度和可调比A由0组成的函数，即
（4）
式中 h%-阀瓣开度，mm
R———可调比
ADN———管道横截面积，mm2
可推导出线性流量特性时Ax和等百分比流量特性Ab为
（5）
（6）
建立3 几何模型
确定阀门流量系数CV按公式(3)计算值A0，然后根据类型(4)对阀瓣开度h计算出调节阀阀阀型面形成的等效节流流路的面积A。在图1所示的阀座密封点画一条射线段，使其与水平夹角成为水平夹角θ，长度为r。假设这一点正好是阀瓣的开度h%时阀瓣型面上的点，即此射线段形成的圆台侧面积和A值相同，即有
（7）
式中 D0-阀座直径，mm
1.一条包络线2.阀座3.阀瓣4.阀瓣型面
图1 几何模型原理
对于某个开度h节流流路面积%A，当夹角θ从0°～90°按公式(7)计算相应的遍历(以确保18点的精度)r值形成的射线段端点的集合是此开度阀瓣型面的包络线。以此类推，当阀瓣开度从0%~100%遍历(为保证精度，取20条包络线)时，形成一组包络线集合。CAD每个包络线按0%~100%的顺序切割，即形成阀瓣型面图案。
4 绘制过程图
阀瓣绘制过程如图2所示。与测绘的各种产品相比，根据该方法绘制的阀瓣图案差异很小。
图2 阀瓣绘制过程
5 结语
在设计调节阀的阀门类型时，根据不可压缩流体流量方程，充分理解调节特性和流量系数的含义，根据几何模型的演绎和计算机的计算能力，为提高阀门的设计效率提供了可靠的方法。应指出，任何新阀门的设计最终都必须通过实际验证来证明其性能的准确性和可靠性。
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