带压差控制功能的大通径吹除阀设计及其关键技术研究

发布时间：2017-11-12 19:17

  本文关键词：带压差控制功能的大通径吹除阀设计及其关键技术研究

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【摘要】：应急上浮是潜艇安全的重要保障,为了提高潜艇在危急情况下的自救能力,研制了一种带压差控制功能的大通径吹除阀。与传统人工控制的应急吹除技术相比,采用吹除阀进行应急吹除的方式不仅具有吹除效率高、可靠性高、易于实现自动控制等优点,而且在吹除过程中能够有效控制舷外海水与主压载水舱内的海水压力差在一定范围内,有效防止主压载水舱被吹破而使潜艇险情加重。由于吹除阀主要用于国防工业领域,国内外对吹除阀的研究基本没有报道,在我国的研究工作也尚处于起步阶段。本文对吹除阀进行了探索性的研究,取得了一定的研究成果,吹除阀的成功研制对提高我国潜艇的安全性能具有重要意义。本文主要研究的内容如下：1.综述了关于潜艇应急吹除技术的研究状况,介绍了一种采用吹除阀进行应急吹除的工作方式,研制了一种带压差控制功能的大通径吹除阀,并对其工作原理、工作流程做了详细的分析,最后对其技术指标及关键技术进行了介绍。2.分析了吹除阀的两级节流特性,考虑到主阀阀芯节流孔孔径在理论上较难预先精确计算,在主阀芯上设计了可更换的节流螺栓来调节节流孔的孔径。主阀阀芯设计成阶梯状并在主阀芯与阀座接触面间设制了限位面,能够使密封圈几乎不承受气压和气流作用,并能防止密封圈被过度压缩而失效,有效提高密封圈的寿命。3.介绍了副阀的两种工作方式,并在副阀阀口的密封问题上设计了锥阀硬密封与密封圈软密封两种结构,通过对比分析了两种密封方式的优缺点,最后选用了采用密封圈软密封的方式。4.分析了控制阀的工作原理。考虑到夹布橡胶膜片具有变形阻力小,承压能力较大的特点,选用了夹布橡胶膜片,并在膜片两端面上分别设置了压板,提高了膜片的承载能力。控制阀阀杆采用了格莱圈密封,并适当增加了膜片直径,有效提高了控制阀的灵敏度。5.对吹除阀主阀阀芯的启闭特性、主阀芯上腔充放气时间与排气量等性能参数进行了分析计算。并对吹除阀阀体强度进行了计算校核,计算结果表明阀体强度满足设计要求。最后采用了有限元分析软件ANSYS对吹除阀的阀体强度进行了仿真验证。仿真结果表明阀体应力分布较为均匀,最大应力远小于材料的屈服极限,阀体安全性能良好。6.根据吹除阀的物理模型搭建了其AMESim仿真模型,并模拟实际工况对其动态特性进行了系统的分析研究。得出以下结论：吹除阀的工作性能平稳,响应灵敏,压差控制精度高；气源压力、舷外海水压力、压载水舱容积对吹除阀压差控制性能没有影响,但提高气源压力,降低舷外海水压力,减小压载水舱容积能够有效提高吹除效率；改变主阀阀芯节流孔孔径与控制阀弹簧预压缩量,可以调节吹除阀压差控制范围。7.搭建了吹除阀的实验系统,对吹除阀的安全性能、高压密封、功能特性进行了系统的实验研究,并对实验过程中暴露出的问题进行了分析与整改,得出以下结论：吹除阀强度满足设计要求,安全性能良好；吹除阀在关闭状态下主阀和副阀的密封性能良好,密封方式可行、可靠；副阀开启压力随高压气瓶的压力升高而增加,控制阀动作仅随主压载水舱与舱外海水压力差而变化,与高压气瓶的压力无直接关联；改变主阀阀芯节流孔孔径与控制阀弹簧预压缩量,可以调节吹除阀压差控制范围,实验结果与AMESim仿真结果基本一致。最后,对吹除阀的研制工作进行了总结,并对研制过程中存在的不足和后续工作进行了展望。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH134;U674.76

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