大口径超低温蝶阀国产化关键技术研究及应用

大口径超低温蝶阀是LNG接收站的关键设备,长期以来一直依赖进口,对接收站投资成本、进度控制及后期运维均产生不利影响。同时,受国际贸易壁垒影响,大口径超低温蝶阀成为制约LNG接收站建设的技术瓶颈之一。为解决以上问题,依托某接收站工程项目需求,根据国内外相关标准规范设计要求,进行了阀门国产化关键技术研究,并从厂家资质、生产能力、质量控制能力及技术保障能力几个方面进行了国产化探讨,并最终完成国产化应用,为国内其他LNG接收站大口径超低温控制蝶阀国产化提供技术指导。

大口径异构蝶阀流动特性分析及其流量系数研究

为了研究大口径蝶阀阀板加强结构对阀内流动特性的影响,针对板加强型和块加强型2种阀板加强结构的大口径异构蝶阀,分别建立了蝶阀流场CFD仿真模型,对各工况下阀内流场流动特性进行分析,并通过与试验测试数据的对比验证仿真模型的合理性。结果表明,不同开度、压比下2种大口径蝶阀均具有显著的非线性流动特性,相对于块加强型蝶阀,板加强型蝶阀阀后流场漩涡小,对应能量损失低,而流量系数更高。2种大口径异构蝶阀的流量系数均与其管道雷诺数呈现线性关系,且该线性关系的斜率与流通面积成反比,提出了基于管道雷诺数的大口径蝶阀流量系数计算公式,结果显示此流量系数计算公式与CFD仿真误差小于7%,可以统一表征大口径异构蝶阀流量特性。

基于CFD方法的大口径三偏心蝶阀动水力矩计算

为解决大口径三偏心蝶阀在工程应用中遇到的阀板停滞、无法继续打开的问题,使用CFD方法,对三偏心蝶阀各个开度进行了数值仿真,得到了完整的可视化流场信息。通过截取流体区域中截面上的速度与压力分布云图,直观地展现了不同开度下流场的变化趋势。通过分析阀板承受的流体冲击力和压力的变化特征,归纳了动水力矩的发展趋势和成因。通过后处理读取流场数据,得到了动水力矩大小随三偏心蝶阀开度的变化关系。通过对比蝶阀阻力矩与执行机构输出力矩曲线,分析了问题发生的原因,并给出了合理的建议。研究结果表明,CFD方法对于三偏心蝶阀动水力矩的准确求解行之有效,也为执行机构的选型搭配提供了参考依据。

基于流固耦合方法的大口径蝶阀的防振优化设计

针对DN1500三偏心金属硬密封蝶阀在30%和50%开度下蝶板和阀杆会发生应力变形及共振的状况,提出改变蝶板背部弯曲角度的方法,降低蝶板在不同开度下的应力、变形以及共振幅值,从而达到避免发生共振的目的。通过对比优化前后蝶板和阀杆的应力、变形和共振状况,分析优化的可行性,研究结果表明:改变蝶板背部的弯曲角度能够使阀内流体的流动状态更快地趋于稳定,并且能够有效地减小结构的应力和变形;优化后阀门在30%和50%开度下的共振幅值由0.16 mm和0.2 mm减小为0.02 mm和0.04 mm,极大地降低阀门在30%和50%开度下的共振幅值,有效地减少共振对于阀门的损伤,对于阀门的安全运行以及阀门的防共振设计具有一定的参考价值。

大口径蝶阀流固耦合特性及共振特性的研究

针对DN1500三偏心金属硬密封蝶阀在多物理场耦合下阀板和阀杆的应力变形及振动的复杂情况,采用ANSYS数值模拟技术与传统经验公式相结合的方法分析其在不同开度下的流固耦合特性与共振特性。研究结果表明,阀门位于不同开度时,阀内的流动状况不一样,开度越小,流动状况越紊乱,随着开度的增大,流动状况相对稳定。当阀门位于30%开度和50%开度时,阀板和阀杆容易发生共振;当阀门位于75%开度时,阀板和阀杆的应力变形最大。研究结果对于大口径三偏心金属硬密封蝶阀的运行及安全起到了重要作用,同时也对后续结构的优化,避免发生共振具有一定的指导意义。

加强筋对大口径中心型蝶阀流动特性影响的数值分析

大口径中心型蝶阀在实际应用中由于需承受较大水压作用,其阀板上往往利用筋板增加强度,从而减少阀板变形。利用流体动力学分析软件,以RANS方程为控制方程,采用标准的紊流模型(k-ε模型)和压力耦合方程组的半隐式方法(SIMPLE算法),研究在100%开度下阀板表面三种典型筋板分布形式("﹟"形、"◇"形和"//"形)对流经阀门流体流动特性的影响规律。数值计算结果显示,在满足阀板强度要求前提下,采用对称性"//"形筋板分布有利于减少阀门流体阻力和动力水头损失,增加流量。

抽水蓄能电站引水上平段设置大口径蝶阀的制造可行性分析与探讨

为探究通过增设快速截断水流装置以提高电站防水淹安全性的可行性,本文根据抽水蓄能电站引水上平段设置蝶阀的一项创新性的设想,通过对大口径蝶阀的结构特点、设计制造难点以及工程应用进行分析,探讨了蝶阀作为快速截断水流装置的可行性。研究表明当前蝶阀生产、制造水平满足典型300MW、一管双机布置的抽水蓄能电站引水上平段设置快速水流截断装置的要求。

千岛湖配水工程超大口径双向密封蝶阀的研制

超大口径手电两用双向密封蝶阀适用于200 m水头及以下的引配水工程,装于总输水管线压力钢管处,多用于事故检修阀。当输水管线正常供水时,检修阀处于全开状态;当输水管线需要维护及检修时,关闭检修阀,截断水流。对杭州市第二水源千岛湖配水工程DN5000PN14手电两用双向密封事故检修蝶阀及其附属设备的结构设计、性能特点及制造工艺进行简要介绍。蝶阀设计合理、工艺先进、密封可靠、性能优良,具有较好的技术经济效果。

应用SolidWorks对大口径蝶阀工厂试验进行改进

本文介绍了应用Solid Works软件,对大口径蝶阀试验过程中的变形进行分析,结合工厂试验,对试压盲板结构进行改进,从而大大减小大口径蝶阀工厂试验过程中的变形,为其他大口径阀门在工厂试验提供参考。

PTA用钛合金蝶阀蝶板设计与分析

蝶阀是目前PTA(Purified terephthalic acid)行业管路系统中常用的阀门之一。前期研制表明采用不锈钢材料制作的28寸蝶阀的蝶板在进行试验时无可见泄漏,而采用钛合金材料制作蝶板时密封面处存在介质渗漏问题。因此本文以28寸蝶阀为研究对象,首先分析不同材料和结构形式对蝶板整体刚度以及密封性能的影响,并采用数值模拟得到相同工况下不同材料和结构下蝶板的位移变形情况;其次通过试验验证阀门的密封可靠性;最后通过对结构进行优化以补充材料变形量产生的影响,给出合理的蝶板设计方案,为PTA行业蝶阀的蝶板材料选择及结构设计提供参考。

大口径蝶阀数学建模与流场特性分析

为了获得大口径蝶阀的输入输出特性模型,开展了蝶阀运动特性实验和数值模拟仿真研究。在给定工况下,计算蝶阀在不同开度下的速度、压力、力矩和压降,获取了蝶阀内部流场特性;同时,根据流速分布、压力分布、湍流动能和湍流强度等表征蝶阀流动特性的参数,通过拟合建立了蝶阀特性数学模型,并与实验数据进行了对比分析。结果表明:不同开度时,蝶阀呈现不同的流场特性,当开度大于等于53.65%时,蝶阀流体在入口和出口处的流速较饱满,流通性能相对较好,流态平稳。经实验数据修正后的蝶阀数学模型置信度高,利用它进行蝶阀运动特性数值模拟分析是可行性的。