เหตุใดความต้านทานของเหลวของบอลวาล์วจึงน้อยมาก

บอลวาล์ว เป็นอุปกรณ์ควบคุมของไหลที่ใช้กันทั่วไปและใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านอุตสาหกรรมและงานโยธา มีข้อดีคือ โครงสร้างเรียบง่าย ใช้งานได้สะดวก การปิดผนึกที่ดีและความต้านทานของเหลวต่ำ ครองตำแหน่งที่สำคัญในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม อุตสาหกรรมเคมี น้ำประปา และอุตสาหกรรมอื่นๆ ที่ตั้ง. คุณสมบัติที่โดดเด่นของบอลวาล์วคือความต้านทานของไหลมีน้อยมาก ซึ่งทำให้ทำงานได้ดีในการใช้งานหลายอย่างที่ต้องการลดการใช้พลังงานและรักษาการไหลอย่างมีประสิทธิภาพ ต่อไปนี้เป็นการวิเคราะห์สาเหตุของความต้านทานของเหลวเล็กน้อยของบอลวาล์ว และหารือเกี่ยวกับการออกแบบโครงสร้างและการทำงานของมัน หลักการนี้ส่งผลต่อความต้านทานของของไหลอย่างไร

1. ผลของการออกแบบโครงสร้างของบอลวาล์วต่อความต้านทานของของไหล
ส่วนประกอบหลักของบอลวาล์วคือลูกบอลที่มีรูทะลุซึ่งเชื่อมต่อกับที่จับภายนอกหรือตัวกระตุ้นผ่านก้านวาล์ว เมื่อรูทะลุบนทรงกลมขนานกับทิศทางของท่อ ของไหลสามารถผ่านรูทะลุบนทรงกลมได้โดยตรง โดยไม่ต้องผ่านเส้นทางที่ซับซ้อนหรือมีสิ่งกีดขวางการไหล การออกแบบโครงสร้างนี้เป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้บอลวาล์วมีความต้านทานของเหลวต่ำ
เมื่อเปรียบเทียบกับวาล์วประเภทอื่น (เช่น โกลปวาล์วหรือวาล์วประตู) การที่ของไหลผ่านบอลวาล์วค่อนข้างง่าย และส่วนประกอบภายในของวาล์วแทบจะไม่ได้รับผลกระทบจากของไหล เส้นทางการไหลของของเหลวเกือบจะเป็นเส้นตรง ลดการโค้งงอและการสะท้อน จึงรักษาอัตราการไหลที่สูงและลดการสูญเสียแรงเสียดทานระหว่างของไหลและพื้นผิวตัววาล์ว

2. การออกแบบแบบเต็มเจาะช่วยลดความต้านทานของของเหลว
ความต้านทานของไหลของบอลวาล์วต่ำก็เนื่องมาจากการออกแบบแบบเต็มรู เส้นผ่านศูนย์กลางรูของบอลวาล์วเจาะเต็มจะสอดคล้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ ซึ่งหมายความว่าของไหลไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในพื้นที่หน้าตัดเมื่อผ่านบอลวาล์ว จึงรักษาการไหลของของไหลได้อย่างราบรื่น การออกแบบนี้ช่วยลดความต้านทานของของไหลได้อย่างมาก เนื่องจากเมื่อของไหลไหลในท่อ การหดตัวและการขยายตัวของพื้นที่หน้าตัดของของไหลอย่างกะทันหันจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอัตราการไหล ซึ่งจะทำให้เกิดการสูญเสียแรงดันและความต้านทานของของไหลมากขึ้น
ในทางตรงกันข้าม วาล์วไม่เจาะเต็ม เช่น วาล์วหยุดบางส่วนหรือวาล์วปีกผีเสื้อ มีความต้านทานของเหลวค่อนข้างต่ำเนื่องจากแกนวาล์ว ก้านวาล์ว และโครงสร้างอื่น ๆ ที่ต้องใช้ของเหลวเพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางหรือผ่านพื้นที่แคบเมื่อผ่าน วาล์ว ใหญ่. บอลวาล์วเต็มรูช่วยให้ของไหลไหลได้อย่างราบรื่นโดยแทบไม่มีสิ่งกีดขวาง จึงรักษาการสูญเสียพลังงานต่ำ

3. รูปร่างทรงกลมลดการรบกวนของของเหลว
รูปร่างบอลของบอลวาล์วยังมีบทบาทสำคัญในการลดความต้านทานของของเหลว ลูกบอลมีพื้นผิวเรียบและโค้งมนซึ่งช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างของไหลกับผนังด้านในของวาล์ว เมื่อของไหลผ่านทรงกลม ความปั่นป่วนของของไหลจะลดลงอย่างมากเนื่องจากพื้นผิวเรียบของทรงกลม การลดลงของความปั่นป่วนหมายความว่าของไหลสามารถคงสภาพเป็นลามิเนทได้ ซึ่งช่วยลดความต้านทานของของไหล
นอกจากนี้ ความสมมาตรของรูปร่างทรงกลมยังป้องกันไม่ให้ของเหลวถูกบล็อกและรบกวนอย่างมีนัยสำคัญเมื่อผ่านบอลวาล์ว และเส้นทางการไหลค่อนข้างราบรื่น ซึ่งแตกต่างจากวาล์วประเภทอื่นๆ ซึ่งรูปร่างและการจัดเรียงของชิ้นส่วนภายในวาล์ว เช่น โกลปวาล์ว มีแนวโน้มที่จะโค้งงอและทำให้เส้นทางของของไหลซับซ้อนขึ้น จึงเพิ่มความต้านทานของของไหล

4. การออกแบบการไหลแบบเต็มรูปแบบในสถานะเปิด
เมื่อบอลวาล์วอยู่ในสถานะเปิด รูทะลุของบอลจะอยู่ในแนวเดียวกับท่ออย่างสมบูรณ์ ซึ่งเทียบเท่ากับส่วนท่อตรง เมื่อของไหลไหลผ่าน จะไม่มีการหดตัวหรือการขยายตัวที่ชัดเจน ความเพรียวลมยังคงราบรื่น และไม่มีการก่อตัวของความปั่นป่วนหรือกระแสน้ำวนที่มีนัยสำคัญ เนื่องจากไม่มีช่องทางการไหลที่ซับซ้อนและอุปกรณ์ควบคุมปริมาณภายในบอลวาล์วเหมือนกับวาล์วอื่นๆ จึงแทบไม่มีสิ่งกีดขวางเพิ่มเติมเมื่อของไหลผ่านบอลวาล์ว ดังนั้นความต้านทานของของไหลจึงค่อนข้างน้อย
ซึ่งแตกต่างจากวาล์วปีกผีเสื้อหรือวาล์วปีกผีเสื้อซึ่งมักจะมีองค์ประกอบควบคุมหรืออุปกรณ์หมุนในช่องของเหลวทำให้ของไหลไหลไปรอบๆหรือเกิดแรงเสียดทานจึงเพิ่มความต้านทาน การออกแบบการไหลที่สมบูรณ์ของบอลวาล์วช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้และให้คุณสมบัติต้านทานของเหลวต่ำ

5. การทำงานช่วงชักสั้นจะช่วยลดการเปลี่ยนแปลงความต้านทาน
บอลวาล์วต้องใช้จังหวะสั้นๆ ในระหว่างกระบวนการเปิดและปิด ต้องหมุนเพียง 90 องศาเพื่อเปลี่ยนจากเปิดสุดเป็นปิดสุด การดำเนินการช่วงชักสั้นนี้ช่วยลดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของของไหลในระหว่างกระบวนการเปิดและปิด ในวาล์วประเภทอื่นๆ ซึ่งต้องใช้จังหวะในการเปิดและปิดนานขึ้น ของไหลอาจพบว่าพื้นที่หน้าตัดหรือการไหลบายพาสลดลงเรื่อยๆ เมื่อผ่านไป ส่งผลให้ความต้านทานของของไหลเพิ่มขึ้น จังหวะสั้นของบอลวาล์วช่วยให้ของเหลวไหลผ่านได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งช่วยลดความผันผวนของความต้านทานของของเหลวในระหว่างกระบวนการเปิดและปิดของวาล์วได้อย่างมาก