弹簧全启式安全阀运行故障的模拟辨识与试验研究

发布时间：2017-08-07 18:08

  本文关键词：弹簧全启式安全阀运行故障的模拟辨识与试验研究

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【摘要】：带安全阀的泄压装置是为了防止压力容器和管道在使用过程中超压爆破而设置的保护装置,属于生产系统的最后一道安全防线。然而安全泄放系统本身也可能出现各种故障,从而影响安全泄压装置的功能的正常执行,因此,识别和分析安全阀的潜在故障形态,利用定性和定量技术判断可能发生的故障,提前对安全泄放系统可能存在的隐患进行识别,预警和进而提供应急措施显得尤为重要。本文在安全阀故障的特征参数和故障特性方面展开初步研究,期间通过计算机模拟与实验完成如下工作:1.故障诊断和识别研究:利用各种安全阀在线和离线检测实验数据和曲线,分析整理实验数据的典型故障曲线特性。主要数据有:位移、速度、压力、马赫数、升力等。2.故障及其特性的模拟技术研究:利用3D建模进行典型故障特性的模拟分析,主要模拟的故障有颤振、弹簧刚度变化、弹簧缺陷,其中颤振分为稳定排放阶段颤振和回座阶段颤振。根据模拟分析的数据,分析出发生颤振时,阀芯的位移、速度等变化都是非常明显的。弹簧刚度变化的模拟表明弹簧刚度变化在一定的范围是安全的。弹簧缺陷的模拟对于安全阀工作时,弹簧压缩的距离有实际参考作用。通过分析结果和故障特性识别的情况,结果都表明安全阀发生颤振或是弹簧刚度变化时,相关的动力学参数和流场参数变化都是很容易识别的。3.故障诊断和识别的试验验证:利用实验室自主研发位移传感器、升力传感器、阀芯传感器等元件进行安全阀故障开启实验,通过开启和回座试验数据来与前述故障模拟的结果进行对比。对实验数据对应的缺陷特性进行分析对比研究,主要进行的是安全阀颤振实验和弹簧缺陷实验。同时也对阀芯偏移的故障情况进行了探究性实验。实验表明通过传感器、数据采集仪、计算机等设备组成的检测安全阀开启过程的这一种技术对于识别安全阀故障并对开启性能进行监测,提高承压系统的安全性能具有重大意义。
【关键词】：安全阀 故障 模拟仿真 颤振 弹簧 试验分析
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 引言12-13
• 1.2 安全阀基础13-20
• 1.2.1 安全阀的工作原理13-14
• 1.2.2 安全阀分类及相关术语介绍14-16
• 1.2.3 国内外安全阀故障研究内容16-20
• 1.3 课题研究和主要工作20-23
• 1.3.1 研究意义20
• 1.3.2 研究内容20
• 1.3.3 研究思路20-23
• 第二章 安全阀故障数值仿真23-33
• 2.1 引言23
• 2.2 流体力学基本控制方程23-24
• 2.3 湍流模型理论24
• 2.4 数值模拟流程24-25
• 2.5 模型的建立与分析25-28
• 2.5.1 安全阀建模25-26
• 2.5.2 网格划分26-27
• 2.5.3 网格质量检查27-28
• 2.6 数值模拟前处理28-30
• 2.6.1 计算域设定28-29
• 2.6.2 边界条件设定29
• 2.6.3 初始条件和交界面设置29-30
• 2.7 动网格控制方程及CEL语言编译30-31
• 2.8 软件参数介绍31-32
• 2.8.1 CFX-SOLVER求解器31
• 2.8.2 CFX-POST后处理软件31
• 2.8.3 参数变更说明31-32
• 本章小结32-33
• 第三章 安全阀故障类型分析33-45
• 3.1 故障33-34
• 3.1.1 故障的定义33
• 3.1.2 故障的分类33-34
• 3.2 安全阀故障数据分析34-37
• 3.2.1 安全阀开启实验装置35
• 3.2.2 故障类型数据处理35-37
• 3.3 安全阀故障类型分类37-41
• 3.3.1 安全阀性能要求37-38
• 3.3.2 泄漏38-39
• 3.3.3 颤振39-40
• 3.3.4 卡阻40-41
• 3.3.5 弹簧失效41
• 3.4 故障模拟说明41-44
• 3.4.1 故障模拟情况分析41-42
• 3.4.2 故障模拟可靠性分析42-44
• 本章小结44-45
• 第四章 颤振模拟结果分析45-68
• 4.1 同一工况下稳排阶段颤振故障分析45-60
• 4.1.1 颤振故障流场参数分析46-50
• 4.1.2 颤振故障动力学参数分析50
• 4.1.3 速度矢量和超音速流域对比50-51
• 4.1.4 模拟结果路径对比51-60
• 4.2 同一工况下回座阶段颤振故障分析60-64
• 4.2.1 颤振故障动力学参数分析61
• 4.2.2 H=8MM颤振模拟结果路径分析61-64
• 4.3 不同整定压力下颤振故障影响分析64-67
• 4.3.1 稳排颤振故障对开启高度的影响分析64-66
• 4.3.2 回座颤振故障对开启高度的影响分析66-67
• 本章小结67-68
• 第五章 弹簧故障模拟结果分析68-79
• 5.1 弹簧刚度对开启过程的影响分析68-73
• 5.1.1 对开启高度的影响68-72
• 5.1.2 对升力的影响72-73
• 5.2 弹簧缺陷影响分析73-78
• 5.2.1 弹簧缺陷模拟73-74
• 5.2.2 弹簧缺陷模拟结果分析74-78
• 本章小结78-79
• 第六章 安全阀故障试验分析79-88
• 6.1 实验目的和内容79
• 6.2 实验现场和操作79-81
• 6.2.1 实验平台介绍79-81
• 6.2.2 实验操作81
• 6.3 传感器采集数据处理81-82
• 6.4 实验结果分析82-87
• 6.4.1 颤振数据分析82-85
• 6.4.2 弹簧缺陷数据分析85-86
• 6.4.3 阀芯偏移数据分析86-87
• 本章小结87-88
• 结论88-90
• 研究成果88-89
• 工作建议89-90
• 参考文献90-94
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果94-95
• 致谢95-96
• 附件96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵雅琴;机械的故障诊断与工况监测[J];大连水产学院学报;1993年Z1期

2 刘杰熙;浅析影响安全阀性能的几个主要因素[J];阀门;1999年03期

3 贾立君,王敏,庞秀伟;安全阀起座过程中的动态分析[J];阀门;2003年02期

4 王正奎;弹簧安全阀的常见故障及调整[J];阀门;2005年05期

5 迮晓锋;刘龙;王海庄;周张荣;陈强;李景松;;安全阀失效模式和影响分析[J];阀门;2012年01期

6 苏学良;安全阀使用中应注意的几个问题及预防[J];工业锅炉;2005年05期

7 国金莲;于海波;;安全阀阀瓣密封结构的研究[J];电站辅机;2011年01期

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10 孙晓隽;尤刚;;安全阀的故障消除、维护和检查[J];广西质量监督导报;2010年01期

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1 幸莎;安全阀开启流场参数的模拟与试验研究[D];华南理工大学;2013年

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本文编号：635994