轴流式止回阀关闭过程动力学研究

发布时间：2020-02-19 02:50

【摘要】：止回阀的作用是在突然停泵时,保护阀前的驱动装置不受损坏,轴流式止回阀因其流阻系数小、运行平稳、噪声小等优点,被广泛地应用于长输管线系统,其性能优劣、寿命长短、工作可靠度均会影响到阀前驱动装置及整个管路系统的安全,为了确保轴流式止回阀在各个工况下的安全性和可靠性,需要对其进行大量的验证,传统的实验方法必然要消耗大量的人力物力财力,数值模拟技术在近几年成为一种可靠的研究方法,节约成本。本课题以轴流式止回阀为研究对象,研究阀瓣在停泵工况时的运动特性及阀瓣瞬间冲击阀座的动态响应特性,本文的研究内容概括如下:(1)结合离心泵的全特性曲线,分析突然停泵时离心泵的工作状态,得到其工作曲线仍维持在正常区,正常区又分为水泵工况,制动工况和水轮机工况,从而得到止回阀进口流量变化曲线,流量随时间大致呈余弦函数变化,运用C语言编写成UDF程序作为止回阀进口边界条件;(2)简化止回阀模型,分析关闭过程阀瓣的受力情况,得到阀瓣动力方程,结合动力方程运用C语言编写阀瓣驱动程序,编译连接后,结合已知的边界条件,在CFD中对停泵工况时轴流式止回阀动态关闭特性进行研究,得到在液动力及弹簧力共同作用下阀瓣的运动规律,阀瓣与阀座密封面接触时的速度,阀门内腔液动力变化规律以及介质流动变化规律;(3)简化止回阀模型,运用ANSYS Workbench联合LS-DYNA技术对阀瓣冲击阀座密封面的过程进行瞬态仿真,得到了各个时刻阀瓣、阀体的应力/应变云图,以及0~5ms时间段内阀瓣、阀体应力/应变曲线图,分析阀瓣与阀体的动态响应结果,得到了碰撞接触时间、阀瓣与阀体的应力应变变化规律及其最大值。在碰撞过程中,阀瓣与阀体之间存在能量的转换和吸收,系统吸收的能量是不可逆的;(4)结合弹簧阻尼理论模型,运用冲击动力学对阀瓣冲击阀座过程进行理论推导,验证仿真模拟的可靠性。在理论推导过程中,由于阻尼系数c难以确定,故利用动力学公式在Maple中得到k,c的关系曲线,得到本课题条件下的c值,结合已知条件理论推导碰撞完后阀瓣的运动速度,与有限元分析结果对比得到相对误差在5%以内,证明了有限元分析的可靠性。
【图文】：

结构图,止回阀,二维结构

回阀简介阀属于一种自动阀门，又叫逆止阀、单向阀，是借助介质自身流动来实，且介质只能单一方向流动的阀门，其作用是防止介质逆向流动，保护组不受损坏。止回阀大致可以分为旋启式、升降式、蝶式、管道式、空式、隔膜式、轴流式等[34]。流式止回阀的工作原理式止回阀的结构主要由阀体、阀瓣、弹簧、导向套和导流罩等部件构成的不同，可以分为圆盘型、套筒型和环盘型[35]。本文所采用的轴流式止基于源汇法优化改进、阀芯是水滴型回转体，外形舒适美观，降低了边出现回流，流体阻力小[36]。其二维结构图如图 2.1 所示。

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开启的高度由介质压差力决定。（a）开启过程（b）关闭过程图 2.2 止回阀关闭及开启示意图2.2.2 关闭过程当管线系统突然停泵时，阀后管道中的介质倒流即自右向左流动，阀瓣右侧突然受到相对大的介质压力，阀前的离心泵处于正转且仍能够给介质增加能量的工况，但阀门入口端的介质压力在不断地降低，，在压差力的作用下阀瓣开始向关闭方向运动，防止介质倒流而损坏管道系统的动力装置。接着，离心泵处于不能为介质增加能量的制动工况，
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH134

【参考文献】