Structural optimization for ball valve made of CF8M stainless steel

The mechanical and chemical properties of CF8M were studied through experiments. An application of CF8M in valve body was analyzed by using finite element method(FEM) to evaluate the structural safety. An optimization containing several variables based on the response surface method(RSM) was conducted to find the optimum dimension of the valve. The results show that using this process can save valve mass as well as the computational expense effectively.

伞状浮动阀压电泵的设计与试验

针对球阀压电泵输出性能不佳和伞阀压电泵易于疲劳失效的问题,基于球阀的浮动式工作原理和伞阀的结构特征,设计了一种性能优良且不易疲劳失效的伞状浮动阀压电泵。制作了伞状浮动阀压电泵与球阀压电泵的样机,测试分析了两种泵的输出性能。研究结果表明,当驱动电压为300 V(峰峰值)时,伞状浮动阀压电泵的最大流量和最高压力差均优于球阀压电泵。对伞状浮动阀压电泵进行了双入口结构改进,试验对比了双入口与单入口伞状浮动阀压电泵的输出性能。试验结果表明,在驱动电压300 V pp下,双入口伞状浮动阀压电泵的最大流量和最大压力差分别为121.66 g/min和7.71 kPa,较单入口伞状浮动阀压电泵分别提高17.23%和32.93%。

球阀开度及入口速度对固-液两相流场的影响

球阀广泛应用于固-液两相流的运输和流量调节。利用有限元软件研究球阀不同开度和不同入口速度下流场的变化,对于设计、制造球阀及优化球阀结构具有一定的指导意义。结果表明,阀门开度越大,轴截面流线越平直,压力梯度、速度梯度和流阻系数越小,流动状态越稳定;入口速度越大,轴截面流线越弯曲,压力和速度变化越明显,流动状态越紊乱,但流阻系数与入口流速无关。

泛塞圈在深冷球阀中的应用

介绍了泛塞圈的发展历史、主要的应用领域、泛塞圈中金属弹簧和塑料夹套的材料选择以及泛塞圈的结构组成和工作原理、泛塞圈零件结构优化等内容。针对应用在深冷球阀中不同部位处的泛塞圈提出了最优结构型式建议。介绍了泛塞圈在深冷球阀单活塞、双活塞的密封要求下的选用方法,并详细说明了泛塞圈在活塞壳体内、孔洞壳体内以及敞口式沟槽中的安装方式。同时对泛塞圈在不同部位的安装过程中可能出现的问题以及使用过程中的问题进行了总结归纳,提出了新型的泛塞圈安装方案以及性能测试方案,通过与传统方案进行对比,为后续深冷工况用泛塞圈的选用、安装、测试提供参考。

水电站进水口闸门未正常闭门分析及处理

针对水电站进水口事故闸门动水落门时未在要求时间内正常闭门的问题,通过对比分析不同工况下落门过程曲线,结合现场观察,推断是在电站出现故障引起闸门动水落门过程中,由于闸门、油缸启闭机振动相对较大,液压启闭机有杆腔高压球阀自由转动而关闭所导致。为此加设了液压启闭机有杆腔高压球阀锁定装置,确保球阀不会自由转动;并建议高压球阀应选择全开位置带有锁定装置的型号;优化油管的空间结构和管道支撑结构布置,减小管道振动;对大尺寸的混流式水轮发电机组应进行过渡过程工况的动水落门试验。

气液固多相流条件下球阀冲刷腐蚀磨损特性研究

以多相流输送球阀为研究对象,对其颗粒冲刷磨损和电化学腐蚀开展数值计算研究。针对稀硫酸携带固体颗粒冲刷腐蚀球阀导致其失效的问题,采用欧拉-拉格朗日流体计算方法,运用Fluent软件对气固液三相流球阀冲刷腐蚀磨损进行数值模拟计算,揭示球阀冲刷腐蚀磨损失效机制,并将模拟计算结果与现有文献的实验数据以及工程现场冲蚀球阀对比,验证数值计算结果的准确性。分析结果表明:球阀内部流速为2~9 m/s,阀芯最大冲蚀量为2.85×10^(-3)kg/(m^(2)·s),最大腐蚀率为2.28×10^(-7)kmol/(m^(2)·s),阀内冲蚀磨损随开度的增大而减小,气相对球阀冲蚀影响微小,但阀芯内复杂的涡流减缓阀芯内侧壁面腐蚀率。颗粒的冲蚀与电化学腐蚀的交互作用会加快球阀表面镀层失效。

气动快关球阀的故障分析与处理

气动快关球阀是流体输送系统中安全可靠运行的关键装置,但是在气动阀门的使用过程中,在各种因素的影响下会发生故障,一旦气动阀门出现故障,将影响整个液体输送的稳定性及压力和流量调节的实时性等,相比传统手动阀门控制,气动快关球阀具有控制简单、可靠性高、响应迅速等优点。本文针对航天液体火箭发动机试验台液体长输管线上的实际案例,基于气动快关球阀的结构及特点分析,对实际应用中的球阀阀座PTFE阀座圈被异常切断,进入输送管道中的过滤器中的问题进行确定和分析,提出具体的解决措施,经过验证和改进后的气动快关球阀满足试验使用要求。

深孔保压取样球阀热应力耦合仿真分析

随着钻孔深度的不断加大,钻孔内的温度和压力也会越来越高,保压取样作为一种能够有效获取地下岩心原位赋存状态的技术方法,在高温高压的环境下能否有效实现原位保压成为检验保压取样可靠性的关键标志之一。为此,选取保压取样的关键机构球阀,开展热-应力耦合仿真分析,重点研究了球阀在[15,30]MPa、[0,250]℃环境参数内的应力和变形规律。从仿真模拟结果可以看出:①对比316L、42CrMo和Inconel718这3种材料在[15,30]MPa静压力作用下的最大等效应力与最大变形,同时考虑加工成本,优选42CrMo作为球阀制作材料;②当温度从0℃增加到250℃时,球阀的最大变形也在增加,但增长率仅为1.05%,最大等效应力虽然有小的波动,但整体呈现增加趋势,最大波动幅度为12.76 MPa,处于球阀有效密封的允许范围内。仿真模拟结果可为保压球阀在深孔中的可靠密封提供理论数据。

基于三维数值仿真的球式配流阀阀口空化流场特性研究

针对球式配流阀在配流过程中阀口出现的空化问题,建立三维流域仿真模型。结合Zwart-Gerber-Belamri空化模型和湍流黏度修正后的重整化群κ-ε湍流模型对球式配流阀空化现象进行数值模拟,通过典型工况下流场体积分数云图与气相等值面图,揭示阀口空化强度及空泡形态的周期性演变规律,并基于速度场和压力场分析,阐明空化周期性演变过程中的流场特性。同时探究阀口开度、入口压力和背压对空化流场的影响规律。结果表明:球式配流阀阀口空化特性受开度影响,开度越大,空化范围与强度越小,周期性的空化流场演变在开度超过0.3 mm后不再出现;背压的增高使空化区尾部无法向出口发展,抑制了流场空化范围,同时降低了流场周期性脉动频率;增大入口压力将加快阀口空化初生速率,当开度超过0.4 mm后,入口压力对阀口空化强度影响减弱。

推力调节球阀流量特性参数化建模

调节阀广泛应用于工业自动化领域,用于精确控制流体的流量、压力、温度等参数。应用于可重复使用液氧/甲烷发动机推力调节系统的推力调节阀,为浮动阀座矩形窗口球阀,通过控制进入燃气发生器的甲烷及液氧流量来调节涡轮泵的功率,从而实现推力调节。首先对调节阀的流量特性进行理论建模。通过参数化分析调节阀阀座和阀芯的流通特性,提出了一种理论模型来预测阀的流量系数。采用CFD仿真和实验测定方法验证理论模型,并对比理论值、仿真值和测量值。结果表明,理论模型能较好地预测中等开度下的流量系数,但在极小和极大开度下存在偏差。最后指出了进一步研究和改进的方向,以提高模型在极端开度下的准确性。

硬密封双偏心球阀反向承压密封问题有限元研究

应用ANSYS软件对通径DN300、工作压力3.5 MPa、工作温度500℃的硬密封双偏心球阀反向承压密封面接触问题进行了非线性有限元分析,得到阀门关闭时在反向承压状态下有无预压紧条件下,硬密封双偏心球阀的应力应变图。通过有限元计算结果分析得到了硬密封双偏心球阀应用可移动阀座,并且通过对其预加合适的压紧力,能够更好地实现反向承压密封。同时分析结果还表明,双偏心球阀的阀板容易发生变形,变形会影响阀板和阀座的密封配合,双偏心球阀的阀板必须保证一定的刚性。理论和实践研究结果表明,阀座选用浮动形式的结构,通过预压紧提供初始密封压紧力后,通过阀内液体作用于阀座,阀座压紧阀板为密封提供压紧力实现密封的技术更适合双偏心球阀。研究对“双向零泄漏”硬密封双偏心球阀的结构设计有指导意义。

闭锁料斗程控球阀可靠性RCM分析

以某公司1#汽油脱硫装置闭锁料斗单元的31台程控球阀为例,开展以可靠性为中心的维修(RCM)分析。通过故障模式与影响分析,识别程控球阀的主要失效模式,分析失效原因,确定故障的影响及其风险等级,并给出适宜的故障识别方法,提出合理的维修时间和维修类型,改善程控球阀运行状况(该处的改善运行状况指程控球阀),降低故障率。优化后的策略可提升程控球阀的运行可靠性,减少闭锁料斗系统非计划停运。

引力搜索算法优化ENN模型的天然气管道球阀冲蚀深度预测

天然气管道球阀在长期使用中易出现冲蚀现象,准确预测球阀的冲蚀深度对于管道的安全运行具有重要的实际意义。针对传统Elman神经网络(Elman Neural Network, ENN)模型的不足,提出了一种基于引力搜索算法(Gravitational Search Algorithm, GSA)的优化Elman神经网络模型并预测了不同影响因素下球阀的冲蚀深度,探讨了种群规模和隐含层节点个数对优化模型预测精度的影响。结果表明:传统模型预测所得的平均相对误差和均方误差分别为14.382%和0.042 5,优化模型预测所得的平均相对误差和均方误差分别为3.850%和0.003 9,因此,优化模型的预测精度大幅度高于传统模型;随着隐含层节点个数的增加,优化模型的预测精度先升高后降低;种群规模越大并不意味着优化模型的预测精度越高,合理的种群规模可使优化模型达到较好的预测精度;当种群规模和隐含层节点个数不同时,优化模型的预测精度始终高于传统模型,因此所提优化模型具有可靠性,可用于天然气管道球阀冲蚀深度的预测。

基于热固耦合的低温球阀仿真分析

球阀是目前在石油化工、航空航天等领域的重要控制设备之一。低温球阀是对二甲苯制备工艺中的关键设备,其输运的流体通常为低温的固液两相混合物,工况较为复杂,因此需对其可靠性进行验证。本文针对对二甲苯制备工艺中使用的低温球阀,通过对其建立三维模型并使用CFD方法,研究了在正常工况(-67℃,7.5 MPa)下,阀门各零部件的温度场、应力场以及变形量。结果表明球阀各零部件的应力均小于材料的许用应力;填料处的最低温高于要求的0℃,验证了该球阀在低温下的可靠性,为低温阀门的热固耦合分析提供了一定的参考。

水下油管挂送入管柱系统液控球阀技术研究

水下油管挂送入管柱系统为完井作业期间的主要井控安全屏障,在出现井下安全风险时可通过控制液控球阀实现水下管柱的应急关断,也可实现剪断连续油管、电缆和钢丝等柔性措施管串后实现紧急关断,提高井控反应的时间。球阀本体总成的设计与加工制造工艺是实现液控球阀剪断柔性措施管串后密封的关键技术。针对球阀本体总成的设计结构、选材和表面措施处理的工艺,阐述液控球阀实现剪切后密封关键技术,提供了一种可行的球阀总成结构及其制造工艺方案。研究成果对水下油管挂送入管柱技术国产化研究和现场应用具有指导意义。

闭锁料斗程控球阀RCM分析

以某汽油脱硫装置闭锁料斗单元的31台程控球阀为例,开展以可靠性为中心的维修(RCM)分析。通过故障模式与影响分析,识别程控球阀的主要失效模式,分析失效原因,确定故障的影响及其风险等级,并给出合适的故障识别方法,提出合理的维修时间和维修类型,改善了程控球阀运行状况,降低故障率。优化后的方案提升了程控球阀的运行可靠性,减少了闭锁料斗单元非计划停运次数。

固定式硬密封球阀的密封特性有限元分析

以NPS2 CLASS1500固定式硬密封球阀为例,简述了球面的密封机理和密封比压的理论计算,并借助ANSYS Workbench有限元分析技术对密封面的压力分布规律进行了模拟分析,得到了密封比压理论计算值与仿真结果的差异。通过改变压力角和密封面宽度分别探讨了其对密封面压力分布的影响,结果表明,合适的压力角在41°附近,合理的密封面宽度在7 mm附近。

V型调节球阀空化抑制研究

V型调节球阀是一种结构简单、调节性能强的调节阀,被广泛应用于节流与调节要求较高的场景。随着高压差、大流量等严苛工况的发展,V型调节球阀在使用时易诱发空化,引起剧烈的振动噪声,严重危害管路系统的安全性和稳定性。本文通过多相流数值仿真对V型调节球阀流动特性与空化特性进行研究,探究空化成因,并设计了多层减压孔板,对阀内空化进行抑制,能够有效地减小振动噪声,具有实际工程应用价值。

常见筋板样式对球阀活门刚度影响的仿真分析

采用整体分析和单独分析两种方法,分别建立了水电球阀的整体有限元模型和活门的单独有限元模型,对比分析这两种分析法结果的吻合度。采用单独分析方法建立十字靶环形、十字形、川字形、井字形4种筋板样式活门的有限元模型,研究4种常见筋板样式对活门刚度的影响。研究结果表明:十字靶环形筋板增加活门刚度的效果最显著;采用单独分析方法求解高效,分析结论可靠。

LNG超低温球阀设计要点简析

近年来,随着国家大力发展清洁能源,LNG作为化石能源向非化石能源过渡的能源,需求量急剧增大。目前以及未来十年,中国已经成为LNG需求量最大的国家。天然气经过净化处理,在-162℃低温液化后,因其介质的特殊性,在生产和运输方面,对装置设备的要求更高,作为控制管路连通和关闭的超低温球阀,其设计和使用难度大大提升。本文通过对LNG超低温球阀在设计使用中遇到的金属/非金属材料在超低温环境中的特殊处理、加长颈阀盖设计研究、阀腔内部自卸压设计、防静电结构设计等问题阐述解决方向和思路,对LNG超低温球阀的国产化起到促进作用。