水电站自流减压供水减压阀流致噪声机理数值研究及减噪措施

发布时间：2020-05-16 10:27

【摘要】：自流减压供水方式常用于高水头电站,其中减压阀是系统中重要的部件。减压阀主要作用是将进口流体压力降低至出口压力,其实质是一个短距离内大量能量的损耗过程,因此产生噪声是无法避免的。噪声对人的身体健康有害,还会引起减压阀结构振动,甚至发生共振造成破坏。因此,为了提高减压阀的综合性能,如何降低噪声制造性能良好的减压阀是一个重要的研究点。本文采用流场模拟、模态计算和内外声场数值研究等方法针对某型号自流减压阀供水减压阀流致噪声问题进行了数值研究,分析了减压阀内部流动、压力脉动、模态及内外声场特性,提出了给阀芯背部安装整流罩,来达到降低流致噪声的目的。首先,对减压阀的内部流动情况做了详细研究。研究结果表明:在减压阀低压腔出现了大量的大尺度漩涡,低压腔的流场十分紊乱,由涡引起的非定常流动是诱导产生流致噪声的主要原因之一;此外,过流断面处压力梯度变化较大,也是引起流场不良流动进而产生流致噪声的原因。第二,对减压阀流场进行了瞬态计算,主要针对压力脉动做了研究。研究结果表明:不同监测点上的压力脉动主频基本不相同,说明减压阀流场流动状态杂乱无章,脉动呈现随机性。其中,阀芯处的监测点整体压力脉动幅值较大,因此该处诱导噪声的能力最强;低压腔管壁处压力脉动幅值次高;隔板处压力脉动幅值最低,对噪声的贡献应该最弱。期间还进行了减压阀壳体模态分析,结合压力脉动分析,发现不会出现共振的情况。然后,为了找到噪声贡献量较大的部位,分别计算阀芯偶极子声源、低压腔管壁偶极子声源以及隔板偶极子声源所对应的内声场。对内声场分布和频率响应分析,结果表明:阀芯偶极子对噪声的贡献量最大,低压腔管壁偶极子对噪声的贡献量次之,隔板偶极子对噪声的贡献量最小,该结果与压力脉动计算时所做的预估结果一致。此外,根据噪声有效值计算结果,阀芯、隔板和低压腔管壁对噪声的贡献量不可忽略,在计算减压阀外辐射声场时这几个部位的偶极子声源都要考虑。第四,利用间接边界元方法,考虑壳模态影响的情况下对减压阀外辐射声场进行了计算,结果表明:减压阀外声场频谱有明显的主频,频率点为85Hz;减压阀外辐射声场低频噪声为主导,低频时噪声能量大,传播能力强;对平面场点分析发现,噪声较大区域主要集中在低压腔管壁附近;对外声场指向性研究发现减压阀外辐射声场的偶极子特性比较明显。在内外声场的研究基础上,提出阀芯背部安装整流罩的方案来进行减噪优化。优化后,减压阀流场有了一定程度的改善,大尺度涡的数量明显减少;分析外辐射噪声频谱和平面场点分布情况,发现噪声有了比较明显的降低,最大降低了 10dB左右。
【图文】：

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根据图纸对减压阀进行三维建模。因为对减压阀进行流场数值计算时阀体壁厚、底座、螺栓孔及调节装置等结构对流场计算结果无影响，所以在建模过程中忽略了这部分结构。减压阀三维建模剖面图以内部结构如图3-2所示。图3-2减压阀三维建模剖面图及内部结构图Fig.3-2 Three-dimensional modeling profile and internal structure diagram of pressure reducing valve该模型是按照实际尺寸以1:1的比例进行建模，其基本性能参数如表3-1所示。

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西安理工大学学位硕士论文表3-1减压阀基本性能参数Table.3-1 Basic performance parameters of pressure reducing valve参数名称参数值标称直径（DN） 450mm标称压力（PN） 2.5MPa进口压力（PN1） 1.56~2MPa出口压力（PN2） 0.6MPa流量（Q） 1600m3/h3.2 网格划分及边界条件3.2.1 网格划分采用 CFX 软件模拟减压阀三维流场，流场计算域包括减压阀前进水管和减压阀后出水管，如图 3-3 所示。为了使减压阀内部流态稳定，在减压阀前后各加上足够长的管道，一般取 5～10DN，本文前后管分别取了 10DN。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV738

【参考文献】