阀门流致振动和阀杆扭矩的动态特性研究

发布时间：2020-10-11 14:17

　　 阀门是石油、化工、工农业生产生活中的重要部件。阀门动态特性研究对阀门设计、生产制造、安装维护、故障诊断具有重要意义。本文针对流致振动和阀杆扭矩两方面的阀门动态问题展开研究。分析了阀门振动的机理,提出三种优化方案并进行分析;通过测试实验和流场模拟相结合的方法,研究了球阀的扭矩特性。本文得出的主要结论有:(1)模态计算结果显示,阀门管道系统前十阶固有频率在50Hz以内;管道流场模拟数据表明压力脉动最大位置在阀瓣周围,小开度相对于与大开度有较强的脉动压力,阀门在小开度时会产生大量的涡,阀门振动是由低频率高幅值的流体压力脉动引起。(2)减振优化前后对比结果显示,改变约束可以提高管道系统的固有频率,避开了脉动压力幅值最大的频率区域,对流道进行优化和减小进口流量可以降低流场的脉动压力。(3)基于Labview信号处理提取振动信号,该信号特征频率与管道模态频率具有较高的一致性。声场计算结果表明,管道总体声场分布特点为“低频能量高,高频能量低”。(4)通过实验研究发现,球阀扭矩曲线具有两端高中间低的特点,开启扭矩和关闭扭矩曲线存在差异。在介质条件下,最大扭矩发生在阀门还未开启的时。球阀流场计算结果表明,球阀不同开度下的流致扭矩值不同。
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH134
【部分图文】：

命、增加维修维护成本，严重的管道振动还会造成工厂停工，同时振动产生的噪声还会??影响人们生活。??本文以某煤化工厂的一段输油管路为研究对象，如图２．１所示是该管路系统结构示??意图，１为管道进口，进口与泵相连；流体从入口?１进入一段１２寸管道再经过变径管道??３进入１８寸管道，之后经过４止回阀，通过６截止阀到达该管道出口，出口?７与环形??回路相连。除了进出口约束外，２位置是支撑约束，约束竖直方向的位移，５位置是弹??簧，弹簧刚度是６．０７ｅ６Ｎ／ｍ。该管路系统介质为１２０°Ｃ的导热油，导热油密度为８０４ｋｇ／ｍ３，??粘度为〇．〇〇２４７Ｐａ＊ｓ。当截止阀开高在３０ｍｍ?（２５％相对开度）附件时在截止阀部位发??生强烈的机械振动，当阀门全开时（１２０ｍｍ开高）振动幅值较小，截止阀振动剧烈程蝶??衣与开度有关。??在截止阀位置发生强烈振动时，截止阀法兰螺栓松动，管道出现漏油现象，同时在??剧烈的振动下阀门其他零部件也有损坏的风险，整个系统设备无法正常有效运转。因此??为了探究振动产生机理并寻找降低振动的优化方案

人?下部闽盖??图２．２截止阀三维结构??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?３－Ｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃｕｔ－ｏｆｆ?ｖａｌｖｅ??采用自动划分方法对截止阀进行网格划分，利用ＡＮＳＹＳｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中的Ｍｏｄａｌ模??块对截止阀本身固有特征频率进行计算。由于截止阀两端管道通过法兰与截止阀相连，??因此两端施加固定约束边界条件对阀模态进行计算。边界条件设置如图２．３所示：??■■■■■■■??｛ＸＩ?Ｆｉｘ？ｄ?Ｓａｐｐｏｒｔ?????困?一一??玷：〗、＿壓＾議?§??图２．３截止阀模态计算??Ｆｉｇ．?２．３?Ｍｏｄａｌ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｕｔ－ｏｆｆ?ｖａｌｖｅ??如图２．４所示，是截止阀在２５％相对开度条件下计算的前１０阶固有其频率。如图??２．５所示是截止阀前４阶振型示意图。从图２．４中可以看出，截止阀结构第１阶固有频率??为２４．８Ｈｚ，第２阶固有频率为２７．３Ｈｚ，第３阶为８６Ｈｚ，第４阶到第１０阶大于１００Ｈｚ。??从振型图图２．５上看，１阶２阶固有模态振型振动最剧烈位置是在阀门执行器处，振型??是在安装平面内平行与水平面和垂直于水平面方向的振动，３阶４阶振型振动最大位置??

（ａ）ｔｈｉｒｄ?ｍｏｄａｌ?ｓｈａｐｅ?（ａ）ｆｏｕｒｔｈ?ｍｏｄａｌ?ｓｈａｐｅ??图２．５截止阀前４阶振型??Ｆｉｇ．?２．５?Ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?４?ｏｒｄｅｒ?ｍｏｄｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｕｔ－ｏｆｆ?ｖａｌｖｅ??２．３．２管道系统模态计算及结果分析??管道系统模型如图２．６所示，在４部位是一个止回阀，为了方便计算研究在此位置??用相同质量的质量块代替止回阀，止回阀质量为１．Ｉｔ。按照实际管道所受约束确定其计??算时约束情况：１位置和泵相连施加固定约束；２位置约束垂直与地面方向位移；５位置??添加弹簧，弹簧刚度为６．０７ｅ６Ｎ／ｍ；７位置和总系统回路相连，施加固定约束，模态计算??约束情况与实际管道系统所受约束对照如图２．６所示：??对管道系统整体进行自动网格划分，为了保证效率同时不降低精度进行计算，因此??依次划分数量从３万到２０万的网格，研究网格数量对计算精度影响。如图２．８所示是随??
【参考文献】

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本文编号：2836702