对夹式止回阀特性分析及结构优化

发布时间：2017-05-19 23:08

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【摘要】：阀门是管路中一个重要的机械装置,通过阀门启闭、调节,控制设备和管路中介质压力、流量和方向。阀门分类很多,止回阀是指依靠介质本身流动而自动开闭阀瓣,允许介质单向流动的阀门,保护管道机械设备免受水锤破坏起重要作用。止回阀工作过程水锤瞬时冲击压力△H可能高于正常工作压力的数倍,对系统的性能稳定性和工作可靠性产生很大影响,多台泵并联适用的高压管路系统,止回阀的水锤问题更加突出,为防止管道中的水锤隐患,止回阀的设计中采用一些新结构、新材料,保证止回阀工作特性,同时将水锤的冲击力减至最小。 止回阀的工作性能对整个系统性能有直接的影响,阀瓣的启闭过程受它所处系统瞬变流动状态的影响,同时,阀瓣的启闭特性对介质流动状态也产生作用；分析影响因素对H76型止回阀内压力场的瞬态变化的影响,计算获得对应性能曲线,以此为参考依据进行结构优化。为降低介质通过阀门产生的能量损失,对导流结构进行结构优化；分析影响介质通过时产生压降、脉动及阀瓣振动的大小影响因素,获得阀瓣最佳开启夹角；根据边界条件和工况选择扭簧,减小压降及停泵水锤；分析止回阀口径对水锤的影响,选择恰当公称直径的止回阀可减小水击对管路系统的损坏；止回阀静力学分析校核,从静态上保证止回阀强度；动态特性模态分析,掌握止回阀的动态振动特性,找到阀体振动的薄弱环节；采用缓冲油缸使止回阀缓闭过程流速增量减小,将管道压力升高值限制在安全范围内,减弱正压水锤,限制倒流流量和倒转速度,减弱水锤发挥重要作用。 优化后的止回阀降低了耗材,减少了生产制造成本和运行时产生的能量损失,利于环保节能,响应节能减排的倡导,向提高能源利用率方向发展,同时对工程的设计与管理提供参考依据。
【关键词】：对夹式止回阀 数值计算 特性分析 结构优化 缓冲油缸
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 插图索引11-13
• 附表索引13-14
• 第1章 绪论14-18
• 1.1 课题研究背景及意义14-15
• 1.2 止回阀国内外研究现状15-16
• 1.3 本课题研究的主要内容及创新点16-18
• 第2章 止回阀数值计算基础18-25
• 2.1 流体力学基本控制方程18-19
• 2.1.1 质量守恒方程18
• 2.1.2 动量守恒方程18
• 2.1.3 能量守恒方程18-19
• 2.2 湍流模型19-20
• 2.3 基本控制方程的离散控制20-21
• 2.3.1 CFD模型的数值求解方法20-21
• 2.3.2 离散格式21
• 2.3.3 流场数值计算算法分析21
• 2.4 动网格21-23
• 2.4.1 动网格划分技术21-22
• 2.4.2 动网格模型22-23
• 2.5 用户自定义函数UDF23-24
• 2.5.1 UDF概念23
• 2.5.2 FLUENT数据类型23
• 2.5.3 UDF宏23
• 2.5.4 UDF程序编制23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第3章 H76型对夹式止回阀数值模拟计算25-33
• 3.1 止回阀简介25-28
• 3.1.1 止回阀分类25-26
• 3.1.2 对夹式止回阀26-27
• 3.1.3 型对夹式止回阀工作原理27-28
• 3.2 止回阀三维建模28-29
• 3.3 划分网格29-30
• 3.3.1 网格划分类型29-30
• 3.3.2 划分网格关键30
• 3.4 数值模拟计算30-32
• 3.4.1 Fluent基本介绍30-31
• 3.4.2 数值计算设置31
• 3.4.3 数值计算结果分析31-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第4章 H76型对夹式止回阀特性分析33-44
• 4.1 阀瓣不同全开角度数值计算33-34
• 4.2 影响压力脉动的因素34-37
• 4.2.1 阀瓣全开夹角φ34-36
• 4.2.2 入口压力振幅A36
• 4.2.3 入口压力频率k36
• 4.2.4 平衡点C36-37
• 4.3 影响止回阀动态特性的因素分析37-43
• 4.3.1 阀门不同全开角度的影响37-40
• 4.3.2 启闭速度的影响40-41
• 4.3.3 压力脉动的影响41-42
• 4.3.4 扭簧刚度的影响42
• 4.3.5 公称直径的影响42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 H76型止回阀结构优化及强度分析44-54
• 5.1 止回阀导流结构分析44-46
• 5.1.1 导流结构优化44
• 5.1.2 优化结构的数值计算分析44-45
• 5.1.3 试验与计算分析45-46
• 5.2 止回阀静力学分析46-48
• 5.2.1 Workbench简介46-47
• 5.2.2 线性静力分析基础47
• 5.2.3 线性静力分析前处理47
• 5.2.4 静力学分析结果47
• 5.2.5 优化前后结构受力分析比较47-48
• 5.3 止回阀动刚度分析48-51
• 5.3.1 动力学分析基础49
• 5.3.2 模态分析49-50
• 5.3.3 阀结构强度分析50-51
• 5.4 本章小结51-54
• 第6章 防水锤用缓冲油缸的分析54-67
• 6.1 水锤54-60
• 6.1.1 水锤现象54
• 6.1.2 水锤基本方程及水锤波的传播速度54-56
• 6.1.2.1 水锤基本方程54-56
• 6.1.2.2 水锤波传播速度56
• 6.1.3 水锤计算的解析方法56-59
• 6.1.3.1 直接水锤56-57
• 6.1.3.2 间接水锤57-59
• 6.1.4 开度依直线变化的水锤类型59
• 6.1.5 其他关闭规律对水锤压力的影响59-60
• 6.2 结构优化研究60-63
• 6.2.1 止回阀工作及油缸阻尼缓冲原理60
• 6.2.2 油缸阻尼缓冲作用过程60-61
• 6.2.3 缓冲理论计算与分析61-63
• 6.3 AMESIM仿真计算63-65
• 6.3.1 AMESim建立油缸阻尼缓冲模型63-64
• 6.3.2 仿真计算64-65
• 6.4 本章小结65-67
• 结论67-69
• 展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 丁海平;管道水击现象对止回阀设计的影响[J];阀门;2002年03期

2 杨玉思,张世昌,胡永龙,付林;冯家山水库取水工程的水锤防护[J];中国给水排水;2002年06期

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6 葛如海;王桃英;许栋;臧绫;;基于动网格和UDF技术的气缸动态特性研究[J];机床与液压;2010年21期

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8 郭绍静;杨志国;栾景雷;罗寅;张阿漫;;舰用主汽轮机汽缸动刚度分析研究[J];中国舰船研究;2009年06期

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本文编号：380163