川仪调节阀研发成果荣获重庆科技进步二等奖

近日,重庆市人民政府发布《关于2022年度重庆市科学技术奖励的决定》,由重庆川仪调节阀有限公司(以下简称:川仪调节阀)牵头,浙江大学、重庆市光学机械研究所、重科院等企业单位共同完成的“复杂扰动高精度特种控制阀关键技术及应用”研究成果,荣获2022年度重庆市科技进步奖二等奖。

常规岛汽机旁路调节阀抗震性能研究

为防止常规岛汽机旁路调节阀在地震期间发生共振,致使调节阀与连接管道受到破坏,使用ANSYS软件中Modal模块,对DN 300 Class900汽机旁路调节阀进行模态分析,得到调节阀各阶自振频率。当调节阀的基频高于33 Hz时,使用等效静力法。对调节阀进行抗震分析,得到阀门整体及各部件的等效应力和变形。根据ASME BPVC-Ⅲ中对核级设备抗震的规定,对调节阀在承受地震载荷时的应力强度进行评定,结果表明:阀体、阀盖、阀杆、支架最大应力分别为133.63、77.52、29.46、71.54 MPa,中法兰螺栓最大拉应力为183.23 MPa,最大剪应力为15.36 MPa,均满足抗震强度要求。

单座调节阀流场分析及阀芯不平衡力特性研究

为了研究阀芯结构对单座调节阀性能特征的影响,以某蒸汽调节工况用的DN80单座调节阀作为研究对象,建立阀芯头部为凸面和平面的2种结构。在流体流向为低进高出的情况下,通过稳态流场仿真研究了阀芯头部结构对阀门的流量系数的影响,通过瞬态流场仿真研究了实际工况下阀门的流场瞬态特性和阀芯不平衡力特性。结果表明,阀芯头部是凸面还是平面对阀门的流量系数(C_(v))和流量特性曲线无影响;2种阀芯结构对阀门内部的流体流动特征影响不大;阀芯受到的压力脉动曲线趋势和压力脉动频谱的趋势与其头部是凸面还是平面无关,但头部为凸面的阀芯压力脉动峰值频率比平面阀芯的压力脉动峰值频率高2~4 Hz;在保证阀芯从阀门全关到全开设计行程的曲面坐标相同时,阀芯头部为凸面还是平面对调节阀的影响不大。研究结果可为用户选择何种阀芯结构提供参考,为阀门的振动特性分析提供支撑。

一种高温高压调节阀结构设计

本文介绍了一种适用于高温高压工况的平衡式金属环双重密封套筒调节阀结构和工作原理。以我国某化工厂高温高压调节阀的国产化替代设计为例,提出了蒸汽介质CV值计算公式以及金属密封环的压缩量测试方法,为高温调节阀的设计提供了有力支持。本文结合计算机仿真模拟分析技术,对阀门在不同开度下的流量特性进行模拟计算,验证了计算公式的合理性。同时,对阀门的速度场与压力场分布进行分析,为优化阀门降压级数提供了理论依据。结果表明,该高温高压调节阀的设计不仅能降低介质流速,同时具备优良的降压效果,且有效保障了阀门的安全稳定性。

高压差迷宫式调节阀盘片降压级数

针对高压差迷宫式多级降压调节阀内部迷宫盘片设计中如何确定盘片降压级数的核心技术问题,根据可压缩流体力学理论,对迷宫式调节阀内部盘片降压级数计算公式进行了推导和分析.并借助计算流体力学商业软件CFX,对3种不同降压级数盘片流道模型的内部流动进行了数值模拟计算,获得了不同级数流道内部的压力、速度分布等流场信息,同时绘制了不同级数模型内部的压力及速度变化曲线.分析结果表明:在相同工况下,增加盘片降压级数有利于合理逐级平稳降压,合理分配压降负担,使盘片中的流速平缓上升并降低流体出口能量.另外,当降压级数已能满足出口能量标准时,继续增加级数的作用相对较弱.研究结果可以为迷宫式调节阀及相关产品的研发提供一定的参考.

多级套筒式调节阀的空气动力噪声预测研究

介绍了一种调节阀噪声计算方法,该方法将多级套筒式阀内件看作气体消声器,把标准IEC60534-8-3中调节阀噪声的预测过程与马大猷院士气体消声器的噪声理论相结合,对其所产生的气动噪声进行预测。

多级套筒调节阀流场数值模拟与流量特性研究

以连续性方程、三维雷诺平均N S方程和基于各向同性涡黏性理论的kε方程组成多级套筒调节阀内部流动数值模拟的控制方程组,依据数值计算要求,设定适当的边界条件,采用结构与非结构网格相结合有限体积法对控制方程组进行离散;应用CFD软件对多级套筒调节阀内部流场进行内三维湍流流动数值模拟,分别对其压力场、速度场和迹线分布进行了分析。结果表明多级套筒结构的设计能较好地改进阀内流动状况,实现压力的渐变,有效地避免汽蚀现象的发生。在设计过程中引入了CFD仿真实验,研究了多级套筒调节阀的流量特性,提高了样机试制的成功率,缩短了开发周期,降低了成本,从而为多级套筒调节阀的设计与研究提供借鉴。

多级套筒调节阀消声减振元件设计研究

针对高压差下调节阀内的闪蒸空化引起的强振动和高噪声问题,设计了一种消声减振套筒,并对其级数、级间隙和孔径大小进行研究。首先从理论上确定套筒的级数和级间隙,然后建立三维模型,以连续性方程、三维雷诺平均N-S方程和基于各向同性涡粘性理论的k-ε方程组成调节阀内部流动数值模拟的控制方程组,采用结构与非结构网格相结合有限体积法对控制方程组进行离散,应用Fluent对各参数套筒结构调节阀内部流动进行数值模拟计算。结果表明,理论初步确定套筒级数的可行性;适当增大级间间隙与减小孔径大小,有利于高压差调节阀的消声减振,为高压差调节阀的设计提供参考。

LNG超低温调节阀阀杆流激共振分析

针对LNG接收站超低温调节阀小开度下阀杆流激共振问题,以DN200-Class600 LNG超低温调节阀5%、10%、20%、30%和50%开度的模型为研究对象。采用Fluent软件对各模型进行瞬态流场分析,并对阀塞和阀杆组件流固耦合面上的流体压力脉动时域信息进行监测,通过Tecplot软件对监测信息进行快速傅里叶变换(FFT),获得流体施加于阀杆上的激振力频率。另外采用ANSYS Workbench软件对各模型进行流固耦合模态分析,得到阀塞和阀杆组件的流固耦合模态振型和模态频率。通过两种频率的比较对各开度下的调节阀阀杆流激共振问题进行了深入研究。结果表明,调节阀各开度下阀塞和阀杆组件上的压力脉动峰值频率均在60 Hz以内,而其各阶流固耦合模态频率均大于120 Hz,压力脉动频率避开了固有频率,阀杆不会发生流激共振现象。

各类多级降压调节阀的特点及选用

对多级降压调节阀的常见结构类型及其特点进行了系统的介绍。对用户如何根据可压缩介质工况下的具体要求计算调节阀CV值的常用方法进行了总结,为用户了解多级降压调节阀的特点并合理选用提供了参考。

常规岛汽机旁路调节阀流激共振研究

针对核电常规岛汽机旁路阀小开度下易发生振动的问题,设计了一种汽机旁路阀,基于流激共振理论及流固耦合方法,对其阀芯组件进行流激振动分析。选取30%开度工况,采用CFD软件进行瞬态流场仿真分析,以获得阀芯组件流固耦合处的流体压力脉动时域信息,将时域信息进行快速傅里叶变换(FFT)得到流体作用于阀芯组件的激振频率。采用ANSYS Workbench软件对典型开度进行流固耦合模态分析,得到阀芯组件的模态频率。通过流体激振频率与模态频率对比进行进一步分析研究。结果表明:典型工况下该型调节阀流体激振的频率区为848~1 272 Hz,阀芯组件结构1阶固有模态频率为3 170.1 Hz,随着阶数增大依次递增,6阶模态频率与流体激振频率均不接近,因此该型汽机旁路阀在典型工况下不会发生流激共振,验证了该设计的有效性,可为同类常规岛汽机旁路调节阀防共振结构设计提供参考。

基于BEM声流固耦合的汽机旁路调节阀噪声特性分析

针对在高压差工况下汽机旁路调节阀噪声存在超出工业噪声允许范围的问题,采用混合仿真的方法对汽机旁路调节阀的流场和声场进行数值仿真计算,对汽机旁路调节阀进行CFD稳态和瞬态流场计算,找出产生噪声与振动的流场诱因。采用声流固单向耦合边界元法和IEC 60534-8-3标准理论预测方法分析汽机旁路调节阀阀后管壁外1 m处的噪声。结果表明,数值模拟与理论计算结果均满足标准规定噪声要求且相差仅为0.94 dB(A),验证了噪声数值模拟方法的有效性,可指导高压差调节阀的噪声研究。

多孔式套筒调节阀开孔设计及流激共振特性研究

针对核电常规岛热力系统关键阀门振动问题,以DN 500凝结水主调节阀为研究对象,基于流量特性理论和几何设计方程,对其节流套筒进行了等百分比流量特性开孔设计。选取3种典型工况,采用Fluent软件对各工况模型进行瞬态流场仿真分析,并对阀门流固耦合面的流体压力脉动时域信息进行监测,通过Tecplot软件对监测信息进行快速傅里叶变换(FFT),得到介质作用于阀门的激振力频率。另外采用ANSYS Workbench软件对各模型进行流固耦合模态分析,得到其模态频率。通过两种频率比较,对各工况调节阀流激共振进行了深入研究。结果表明,调节阀小开度大压差时,旋涡较少,但介质流动更紊乱,更易产生振动和噪声;阀门开度是影响介质压力脉动稳定性的重要因素;3种工况调节阀一阶模态频率均大于33 Hz,可采用等效静力法进行其抗震分析;介质压力脉动峰值频率均没有与模态频率相等或接近,调节阀不会发生流激共振。

套筒调节阀等百分比节流套筒开孔参数化研究

针对套筒调节阀节流套筒设计难点,根据调节阀流量方程和流量特性的相关理论,结合开孔几何设计方程,对其等百分比流量特性的节流套筒开孔进行参数化研究。以可调比为50∶1的DN50(Cvmax24)、DN250(Cvmax450)和DN500(Cvmax1860)套筒调节阀为例,进行多孔节流套筒的设计。采用Fluent仿真软件,分别对3台调节阀10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%开度时的模型进行仿真试验。结果表明:DN50(Cvmax 24)套筒调节阀除10%开度外,其余开度时仿真和理论流量系数相对误差均在10%以内;DN250(Cvmax450)和DN500(Cvmax1860)套筒调节阀所有开度时的仿真和理论流量系数的相对误差均在10%以内,且相对精度较高;理论和试验流量特性曲线高度吻合。研究结果弥补了该套筒调节阀节流套筒设计方法上的不足,为调节阀行业的发展提供助力。

套筒调节阀节流件正向设计方法

针对调节类阀门流量调节性能差引发的阀门调节不稳定及振动等问题,以窗口型套筒调节阀和多孔式套筒调节阀为研究对象,基于调节阀节流方程、调节特性理论方程和节流件几何设计方程,对其节流件进行了等百分比流量特性的理论设计分析,结合ANSYS Fluent流体仿真分析,开展了节流件的正向设计方法研究。以DN200-Cvmax300的窗口型套筒调节阀和DN250-Cvmax200的多孔式套筒调节阀等百分比流量特性的节流件为例,进行了其正向设计和仿真验证。结果表明,两调节阀仿真流量特性曲线和理论流量特性曲线趋势均高度吻合;对窗口型套筒调节阀,各开度下仿真Cv和理论Cv误差均在-2%~3%之间;对多孔式套筒调节阀,各开度下仿真Cv和理论Cv误差均在-8%~6%之间。研究结果可以为因节流件设计不合理导致的调节阀不稳定调节及振动等问题提供解决思路,为行业的发展提供助力。

高压差精调型小流量调节阀的设计与仿真实验验证

针对高压差小流量调节工况,结合柱塞阀与平衡笼式阀特点,设计了一种新型的精调型小流量调节阀,并借助CFD流体分析软件进行了仿真实验研究。为更好验证该阀门的适用性能,建立三维模型,并将某化工厂的现场工况参数作为边界条件,对模型的内部流动进行了数值模拟计算,获得了内部流场结果。根据结果显示:该阀门在高压差工况下具有较好的降压效果,可调行好,符合设计的预期目的。

高压差迷宫式调节阀流场数值模拟与流量特性研究

介绍了一种特殊阀门的多级降压原理,使用Solidworks软件建立流道三维模型,并用网格划分软件对模型进行离散化处理,按实际工况参数设定边界条件,通过CFD有限元分析软件对阀门内部流场进行数值模拟计算,分析可视化计算结果,提出迷宫盘片上流路设计的相关理论,拟合阀门在不同开度下的流量特性曲线,为迷宫阀设计提供重要的理论参考。

二级减温水调节阀故障原因分析与处理方案

对减温减压装置中二级减温水调节阀出现的故障进行了分析,确定了故障原因,并根据现场测试数据推算出阀后介质的实际压力,进而确定阀门设计参数与现场实际参数存在误差。采用CFD流体分析软件对阀内件结构进行了重新设计。为保证新结构内件的实际使用效果,在现场重新测试流量,测得结果与理论数据近似,满足工况要求,阀门故障得以解决。

套筒调节阀节流窗口型线参数化设计方法研究

针对套筒调节阀节流窗口型线设计难点,根据流体力学、流量特性和窗口型线几何方程的相关理论,对其等百分比流量特性的窗口型线进行参数化设计。以可调比为50∶1的DN80-C_(v,max)(44)套筒调节阀和DN200-C_(v,max)(275)套筒调节阀为例,基于理论研究设计其窗口型线。借助ANSYS Fluent软件,分别对两台阀门5%、10%、20%、…、100%开度模型进行仿真,得到各开度下仿真流量系数与理论流量系数之间的误差均不超过10%,满足节流窗口精度设计要求。分别对两台调节阀5%、10%、20%、…、100%开度模型进行流量试验。结果表明:阀门在5%和10%开度时,试验流量系数和理论流量系数误差较大;在20%~100%开度时,试验流量系数和理论流量系数误差均在10%以内,且流量控制精度较高;节流套筒与阀塞之间的环向间隙对阀门小开度时的流量系数影响较大;理论流量特性曲线、仿真流量特性曲线和试验流量特性曲线高度吻合,验证了所提方法的正确性。

单座调节阀阀芯曲面参数化设计及流场特性分析

针对单座调节阀高精度阀芯曲面的设计难点,基于调节阀的节流方程和其调节特性理论方程,以及阀芯几何设计方程,对等百分比流量特性和线性流量特性的阀芯曲面进行了理论设计分析,结合ANSYS Fluent流体数值模拟软件,开展了阀芯曲面的正向设计方法研究。以可调比为50∶1的DN200-C_(vmax)300等百分比流量特性调节阀和DN200-C_(vmax)650线性流量特性调节阀为例,进行了其阀芯曲面的正向设计和数值模拟验证。结果表明,随开度的增大,两调节阀内部漩涡均逐渐增多;DN200-C_(vmax)300调节阀各开度模型的数值模拟Cv和理论Cv相对误差均在5%以内;DN200-C_(vmax)650调节阀各开度模型的数值模拟Cv和理论Cv相对误差均在4%以内;两调节阀数值模拟流量特性曲线和理论流量特性曲线趋势均高度吻合。研究成果弥补了单座调节阀阀芯曲面设计方法上的不足。