微启式弹簧载荷安全阀振动特性与气动噪声预测研究

发布时间：2020-09-03 07:20

　　本文是在甘肃省高校基本科研业务费资助项目的资助下完成的。论文试验部分是在河南省高山阀门有限公司协助下完成的。安全阀开启泄放时,引起剧烈振动和强噪声,对现场设备及管路系统的安全运行产生影响,对现场作业人员及周边环境住户的听觉健康造成一定程度的伤害,同时强振动产生的振动疲劳对安全阀自身的安全可靠性也会产生不利影响。国外针对安全阀排放噪声的计算多为经验公式,这些公式不尽相同,且计算准确性和适用性缺乏对比分析与验证,难以为确定类型的安全阀在不同工况下使用的消声装置设计提供准确依据。另外,国内也鲜有学者做过此方面的研究,开展在安全阀设计阶段进行排放噪声的准确预测研究,为阀后消声装置设计提供定量依据,对提高安全阀的环境友好性有重要意义。本文针对微启式安全阀的流致振动特性与排放噪声预测数值计算,展开了如下研究:(1)介绍了论文研究的背景与意义,调研了国内外对流致振动研究、气动噪声预测的研究进展与现状,提出了针对安全阀进行流致振动特性研究、气动噪声预测计算研究的必要性。(2)概述了安全阀工作原理与排量计算,调研了常规安全阀与国外新型安全阀结构;基于流固耦合模态分析方法计算了阀瓣组件的低阶模态频率,通过非定常流动求解了阀内监测点的压力脉动频率,采用单自由度系统分析得到了弹簧自振频率,对比三者相近程度,判断阀瓣组件是否存在共振可能;建立了微启式安全阀阀体振动模型,进行了安全阀振动响应求解,研究了安全阀不同开启高度下进口段、阀腔外壁、出口段监测点的振动特性。(3)分析了安全阀在开启泄放时排放噪声的传递路径与声源类型;对比了国际上现有安全阀排放噪声预测计算公式;研究了气动噪声数值模拟理论与计算流程;建立了安全阀气动噪声分析模型,以非定常计算得到的压力脉动和速度脉动作为声源激励,基于边界元法(BEM)进行安全阀排放噪声数值模拟研究,分析了偶极子声源和四极子声源对安全阀排放噪声贡献的影响;加权偶极子源总声压级和四极子源总声压级得到安全阀排放噪声总声压级,与公式计算对比验证了数值模拟计算方法的正确性。(4)据安全阀动作性能试验需求,开发了安全阀动作性能测试高频数据采集软件,完成了对数据采集卡、位移传感器、压力传感器等硬件的选型调研、测试系统的接线及动作性能试验测试流程的设计。据安全阀振动及噪声数值模拟验证的需要,设计了安全阀振动测试系统和噪声测试系统,完成了对振动与噪声测试装置的选择、振动测试测点与噪声测试测点的布置以及试验测试流程的设计。(5)开展了微启式安全阀动作性能试验研究,验证了数据采集软件的实用性和可操作性;进行了微启式安全阀阀体振动特性试验研究,测量了阀体表面的振动响应,对比验证了数值模拟方法的正确性;开展了微启式安全阀排放噪声特性试验研究,测量了阀外1m处的噪声值,对比前文计算结果验证了边界元方法和理论公式计算预测噪声的准确性和适用性。研究表明:对于微启式安全阀排放噪声的预测计算,API 521和VDI 2713所推荐计算公式的适用性较低,而ISO 4126-9和Energy Institute导则所推荐计算公式的适用性较高。通过本研究,丰富了安全阀流致振动研究与气动噪声预测研究,推广了安全阀排放噪声预测计算的较为精确的数值模拟方法,为后续提升安全阀的稳定性和可靠性提供了理论依据。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH134

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