闸阀调节过程的三维模拟及其动态模型

为了研究泵系统调阀过程的瞬态特性和内流机理,在一维分析软件Flowmaster中建立了包含管路、阀门和泵在内的仿真模型,并以三维简化闸阀为模型,采用Fluent 6.2进行计算,对开启过程的非定常内部流动进行数值模拟研究.采用动网格的方法分析了阀门开启过程中阀芯运动引起的流场变形.结果表明:直线特性和对数特性的调节阀都具有快开特性,即流量变化对阀门的相对开度相当敏感,当阀门开度为10%～20%时,水击压力迅速下降;而通过内部流态分析可知,在阀门开度较小的工况下,阀后流场紊乱,造成较大的水力损失,使阻力系数值增加,当阀门开度小于50%时,稳态和瞬态工况下阀门的阻力系数值有较大的区别.由分析可知,研究阀门开启过程的瞬态特性,以及建立内部流态模型,都不能完全按照通常的稳态理论进行,尤其对阀门开度较小的工况,应对其进行一定程度的修正,以保证计算结果的正确性.     

活塞式调节阀水力特性分析

通过数值分析研究了不同开度的稳态工况及启、闭过程的瞬态工况,对活塞式调节阀的水力特性进行了全面分析。求得调节阀的流量系数、流阻系数、汽蚀系数等随开度变化的特性参数曲线,并对比活塞阀芯在启闭过程的动态液动力,以及对阀内流场分布进行综合探讨。活塞式调节阀具有较好的流量线性特性,且只在较小开度下有明显流阻,开度增大后流阻迅速减小而保持较低的过流损失。本次研究工况范围内最小汽蚀系数为40.3,应确保调节阀的允许汽蚀系数小于该值。阀门的流开型结构使阀芯轴向的启闭液动力均作用于开阀方向,且开阀力小于关阀力。另外,对比了不同开度的阀内流速、流线、压力和湍动能等流场分布来对该活塞式调节阀的流动特性进行说明。     

电控线性转板式气体流量调节阀结构设计与实验

提出了一种电控线性转板式流量调节阀(阀门通径DN50),阀芯开口采用专门设计的形状以实现开度与流量的线性关系,驱动系统采用减速步进电机以保证阀门开度的精度和重复性。采用面积割补法推导了阀芯曲线方程,设计了特殊的平面旋转密封结构,并采用数值模拟和实验验证相结合的方法进行了验证。理论计算和实验结果均表明设计的阀门线性相关系数大于0.99,不同开度的重复性实验表明,不同开度流量重复性优于0.26%,验证了该结构阀门的性能。     

超超临界电站锅炉储水罐用调节阀及管配系统流场特性分析

针对超超临界电站锅炉储水罐用调节阀国产化研制中流场结构设计面临的问题,结合前期配置于某电站储水罐用调节阀及管配系统底板汽蚀击穿故障现象,基于两相空化流动控制方程和Fluent流场数值模拟手段,采用RNG k-ε湍流模型及耦合算法,对该调节阀流场结构及管配系统流场特性进行数值模拟分析计算,并进行流场结构及特性验证,结构改进优化设计.重点分析了压锥式调节阀及管配系统流场特性,结果表明:压锥式调节阀在设计工况下,由于阀门开度较小,高温介质在喉口处发生严重的汽化现象,气化率达90%以上,介质速度较高达到143 m/s,以至于管配系统底板被冲击至击穿.针对失效原因,提出了一种新型笼罩式调节阀,优化结构流场模拟结果表明,在阀门喉口含汽量减少了21.6%,盲板附近的速度降低了80%,表明汽化现象得到了抑制,管配系统能够安全运行.模拟结果较好展示了阀门流场的分布规律,为该类调节阀结构设计与优化提供可借鉴的理论依据,对电站锅炉调节阀国产化推进具有一定促进作用.     

灌溉流量自调节阀的结构设计与性能分析

基于土壤负压原理、产品结构优化设计和信息感知、无线传输、微电子控制等先进技术,研发了适用于输配水管路的灌溉流量自调节阀新型样品,具有土壤实际水分状况感知采集、信息反馈和输水流量实时调节控制等复合功能。根据其工作原理和设计技术指标,通过室内试验对灌溉流量自调节阀进行指标测试和性能分析,结果表明:试制的DN25流量自调节阀样品的开度调节范围0～100%,在100～300 kPa供水压力下,流量自调节精准度达81%～99%,且控制灵敏度较高,阀片响应时间随着阀门开度增大而逐渐延长,单程启闭最长响应时间不足3 s,较好地实现了节水灌溉的流量精量调配功效,为流量自调节阀的进一步结构优化、性能改进和产品定型等提供技术依据。     

600MW汽轮机单顺序阀切换时的异常分析及处理

某厂600MW汽轮机阀门控制方式由单阀切换为顺序阀控制时EH油压波动、轴承温度异常现象,无法切换为顺序阀方式运行。通过分析研究,修改阀门开启顺序、修改阀门特性曲线,机组已安全稳定的处于顺序阀控制方式下,取得了良好的经济效益。     

直通式调节阀内部流场分析

基于CFD对直通式调节阀内部流场进行了二维数值模拟,并得到了内部流动参数的可视化图形。对比25%和5%两种开度下,阀门处的压力,速度以及能量损失都存在很大的差异。25%开度下的压力、流速有明显的下降趋势,而5%开度下压力和速度则迅速变化。+两种开度下产生的涡流位置不同,5%开度下能量损失比25%开度下的要大。     

阀门小开度对突扩管流下游脉动压力特性的影响

为了分析阀门开度对变截面管流下游脉动压力特性的影响,提高管路水流的稳定性和输送效率.进行了不同阀门开度对突变截面圆管下游流动的脉动压力特性试验,以清水为流体,并以不同阀门开度和距突扩距离的长短为变量,测试了突扩管流不同位置的脉动压力幅值.研究结果表明:变截面管流下游流体脉动压力过程曲线具有随机平稳特性,使用阀门调节流速会使各点脉动压力周期变长;阀门会使变截面管流下游产生50 Hz左右的脉动压力,流体脉动压力幅值与阀门开度正相关;随着距突扩距离的增加,流体压力脉动强度先增大后减小;随着阀门开度的增加,脉动压力能量分布频域逐渐变宽,流体流过突扩后的脉动压力恢复长度变长.     

有机玻璃管道直接水锤压力特性试验研究

为了了解黏弹性管道的水锤压力特性,文中通过搭建水库-管道-阀门系统模型,进行了系列关阀水锤试验,针对有机玻璃管道中末端阀门初始开度分别为30%,100%时关阀产生的直接水锤压力变化规律进行了研究,从黏弹性材料的本构关系角度分析了关阀时间对黏弹性材料直接水锤的影响机理,并对2种不同初始开度下阀门附近的流场进行了三维数值模拟.研究结果表明：黏弹性管道中直接水锤压力变化规律与传统的水锤理论不符,直接水锤压力不仅与阀门的关闭时间有关,还与阀门的初始开度有关,满足“阀门关闭越快,直接水锤压力越大”与“阀门初始开度越小,直接水锤压力越大”的规律.     

偏心球阀流场的数值模拟及性能预测

通过结构与非结构网格相结合的有限体积法以及基于各向同性涡粘性理论的κ-ε双方程模式求解,获得了偏心球阀内部流场不同开度下的流场结构图以及与之相关的阀门固有流量特性、汽蚀特性和压力恢复系数等曲线、通过研究发现,Y—Z,X—Z截面上的漩涡运动在偏心球阀相对开度为0．75时同时加强,表现出很强的一致性;当相对开度为0．5时,阀体内部高速区断裂,这与宏观外部性能具有非常密切的联系;随着开度的进一步减小,偏心球阀的X—Y截面上出现了两个新的强度相等、方向相反的对称漩涡,可见偏心球阀的阀体内部在小开度的情况下存在着大尺度的三维流动．     

三通调节阀分流比及内部流动特性分析

为探究三通流量调节阀的分流比及内部流动特性,应用标准k-ε湍流模型,采用SIMPLE算法,对其内部流场进行三维流道数值模拟.通过改变进口流量及阀芯旋转角度等条件,研究三通调节阀内部流动特性及分流比的变化规律,模拟和试验结果能够很好地吻合.研究结果表明:阀芯旋转角度介于15°~75°时三通流量调节阀能有效分流;随着调节阀角度的增大,水平分流比先增大,在35°左右增大到0.55附近,之后开始减小,在55°左右减小到0.40附近,最后持续增大到1.00,这种变化趋势与水平出流面积占总出流面积的比率变化相同;进口压力随着调节阀角度的增大先增大后减小,在45°左右达到峰值,压力曲线以45°为对称线呈对称形状,这种变化趋势与阀门调节部分入口过流面积的变化相符;在阀门进口段与阀芯的连接部分过流面积收缩节流,导致该处流速最高、阀门进口管部分压力最高.     

超高压气动加注阀流量特性试验研究

以预混高压气体加注为工程背景,对超高压气体精确加注的关键元件——超高压气动加注阀的流量特性进行了试验研究。利用杠杆原理和自密封结构设计,解决了超高压气动加注阀阀芯驱动力大、响应速度慢和高压气体泄漏的难题,设计出中低压小流量控制高压大流量的超高压气动加注阀。阐述了气动加注阀阀口流量特性的试验装置和测试系统,建立了阀门不同开度下的加注阀流道简化模型,在加注压力大于10 MPa条件下,对气动加注阀在不同阀口节流面积下的流量特性进行了试验研究。试验表明,储罐气体背压增长率和阀门开启高度对阀口流量特性影响较大;阀门开度较大时,阀口流道可简化为两级节流口串联,流量特性与理想收缩喷管相符,临界压力比在0.5左右;阀口开度较小时,阀口流道可简化为三级节流口串联,流量特性比较独特,临界压力比在0.3左右;增大阀门开度和加注压力是提高瞬时流量和流量系数最为有效的方法。     

基于Flowmaster的不同阀门开度对供水管网优化

为了进一步提高供水管网的优化性能,利用 Flowmaster仿真软件,给出了管道、闸阀、阀门开度控制器等原件的建模过程,研究了阀门在不同程度下开启度对优化供水管网系统的影响,并建立多组对比模型参数进行仿真且着重分析了在阀门不同开启度下系统中管道阻力系数的变化.首先以流体管路系统为研究对象,对系统整体进行建模,其次对闸阀、管道的阻力损失规律进行优化分析,最后针对不同供水工况分别探究了阀门开启度对管道阻力损失的影响,得出最佳阀门开启度.结果表明,当供水管网系统分别处于大、小流量运行工况时,此时应根据用户实际用水需求量、阀门阻力系数、管道损失系数等方面因素综合调节各阀门开度,从而可以适当降低管网中的水力阻力损失,优化供水管网系统.     

球阀与T型三通管组合形变件水力特性数值模拟

为探究球阀与DN63三通管组合形变件的水流运动特性的规律，基于Realizable k-ε湍流模型，采用Fluent软件对组合形变件进行数值模拟，分析阀门开度、雷诺数和分流比对组合形变件综合损失系数的影响。结果表明：当流速、分流比一定时，球阀开度对组合形变件的综合损失影响显著，随着开度增大，阀芯内流速梯度减小，阀门前后形成的旋涡面积随之减小，当阀门开度大于70°时，损失系数的变化趋于稳定；组合形变件阻力损失随雷诺数和分流比的增大而减小，当雷诺数大于1.8×10⁵后趋于稳定。综合表明：造成组合形变件综合局部损失最主要的因素是阀门的开口度大小，其次为分流比和雷诺数的变化。     

基于滑模技术的液态肥流量高精度控制方法

为了提高液态化肥的利用率，提出了一种基于滑模技术的液态肥流量高精度控制方法。首先，分析了电动调节阀控制液态肥流量的工作过程，并建立了液态肥流量控制模型；然后，针对电动调节阀中的阀门开度、电机转速和电机角加速度设计了积分滑模面，并提出了滑模控制律；最后，对液态肥流量控制系统进行了稳定性分析。试验结果表明：设计的滑模控制方法具有快速性和准确性，响应时间小于0.6s,阀门开度最大误差仅为0.01cm,液态肥流量最大误差仅为1mL,液态肥流速最大跟踪误差仅为0.1mL/s,在对番茄液态肥实测中最大流量误差也仅为0.03mL,控制精度较高，可实现精准施肥。     

正确使用下降速度调节阀

有的拖拉机液压悬挂系统,农具的下降是靠机具的自身重量自动下降的,在液压系统的回路中有一个阀门——机具下降速度调节阀。有的机手把它当作开关使用,要么全打开,要么全关闭;还有的机手认为其开度越大越好,并让它一直处于全开状态,从来不拧动它。     

调节阀在农业自动化中的应用前景分析

正确的参数计算是确保调节阀使用效果的重要环节.通过对流经阀门介质参数的计算,确定阀门的流通能力,选择正确的阀门形式和规格等参数,包括公称通径、阀座直径和公称压力等.选择合适的调节阀应用于喷灌系统中,既可省工省料,又可降低工程建设造价.调节阀不仅在喷灌系统中具有无可比拟的优点,而且在农业领域的许多方面都有广泛的应用.可见,将调节阀应用在农业生产自动化中有着广阔的前景.     

调节阀流量特性分析及网孔型套筒阀优化计算

利用CFD技术,模拟计算了两种调节阀简化模型的流量特性曲线,其中扇形模型的流通面积与行程之间是线性关系,而环形模型的流通面积与行程之间是平方关系。针对一种工程应用的网孔型套筒阀提出了优化方案并比较了优化前后的流量特性,优化前的网孔型套筒阀网孔数量均匀分布,而优化后的网孔数量逐渐递增。结果表明,扇形模型的流量特性曲线接近直线型,而环形模型的流量特性曲线接近对数型;优化前的网孔型套筒阀的流量特性曲线为直线型,优化后则为抛物线型,可以满足其他的流量调节需求。     

离心泵瞬时启动过程的仿真

为了更进一步研究高比转数大功率离心泵的瞬时工况,应用Flowmaster软件搭建离心泵运行模型,根据实际测量参数设置边界条件,仿真并与试验结果进行对比,在可信的情况下,针对泵不同的启动方式进行仿真分析,量化了星-三角启动的优点.在此基础上,在不同阀门开度下,获得了离心泵的瞬时启动转速、流量、功率和出口压力的特性曲线,进而进行量纲一化分析.结果表明,星-三角启动属于缓慢启动方式,启动过程平缓,且整个过程中功率增长均匀,对设备冲击小;在离心泵的启动过程中,流量上升特性主要取决于电动机自身的启动特性,且在初期时上升缓慢,使流量达到稳定的时间大大滞后于转速达到稳定的时间;量纲一化的系数一直变化,与准稳态假设不符,从而得出离心泵启动时清晰的瞬态过程.     

单座式调节阀阀芯-阀杆系统流固耦合振动研究

针对单座式调节阀阀芯-阀杆系统的流固耦合振动问题,建立了考虑阀门定位器作用的系统动态仿真模型,给出了求解阀芯-阀杆系统响应的预估-校正算法,利用ANSYS软件对系统在固定开度与变开度情况和流开型与流闭型情况下的振动响应进行了定性分析。研究表明:对于固定开度,阀芯稳态位移偏移量以及流体力随压差增加以及开度减小而增大,阀芯动态位移过渡时间随压差增加而缩短,而流开型流向时阀芯位移响应幅度要大于流闭型流向。对于开度减小情况,采用流闭型流向时阀芯动态位移过渡时间更短,且压差越大,阀芯动态位移过渡时间越短,而流开型流向时则相反;对于开度增大情况,阀芯动态位移过渡时间和压差之间的关系与开度减小情况相反。