轴流式止回阀阀瓣瞬态压力分布与冲击分析

【摘要】轴流式止回阀具有流阻系数小、水击压力小、噪音低、流动性能好、响应速度快等优点,被普遍用于石油和天然气长输管线、大型乙烯装置中的压缩机和大型泵的出口处。止回阀作为管道体系的关键部分,其性能、寿命直接影响泵机组和管线的安全。特别是阀门关闭时阀瓣的瞬时速度,直接影响到阀瓣对阀座的冲击载荷,影响到阀门的使用寿命和可靠性。在对轴流式止回阀的动态性能进行分析时,传统的试验方法往往消耗大量的时间和金钱,大幅度提高了产品的生产成本。所以我们必须寻找新的方法和手段,即在试验前通过数值模拟仿真技术,有效地减少试验次数,降低产品的生产成本。在止回阀的启闭过程中,阀瓣的运动形式非常复杂,涉及到介质力和弹簧力相互作用的流固偶合问题,简单的方法无法全面地描述其运动规律。本文利用动网格技术以及用户定义的函数技术,以轴流式止回阀二维模型为研究对象,通过程序编辑器编写程序给出阀瓣运动的位移、速度、加速度和液动力之间的关系,链接到Fluent软件中,从流场分析的角度对止回阀开启和关闭的过程中流场的压力分布和关闭时阀瓣对阀座的冲击进行数值分析。(1)利用动网格和自定义函数技术,根据牛顿第二定律的显示欧拉方程描述了阀瓣的速度、加速度、位移、受力之间的关系,模拟了轴流式止回阀的开启过程以及止回阀在不同工况下的关闭过程,得到了阀瓣在阀门开启和关闭时的运动过程。对动态数值分析的结果作了具体的分析,得出了阀门启闭过程阀门流场压力分布的变化,并对出现此种变化的原因作出了分析。通过对停泵状态下阀门关闭过程的模拟,得到了阀门关闭过程中阀瓣的运动速度和时间的关系,并得到在阀门关闭瞬间阀瓣的运动速度,由此可以根据阀瓣的质量计算出阀门关闭瞬间阀瓣对阀座的冲击力。(2)通过改变弹簧的刚度系数,研究了不同外力下阀门的开启和关闭时间以及关闭瞬间阀瓣的速度。结果表明,随着外力的增大,轴流式止回阀的快开和快关的特性更加明显,减小止回阀的关闭时间可以有效的降低阀门关闭时的逆流速度,减小介质倒流冲击波对相关设备的危害。(3)在前人对轴流式止回阀结构优化研究的基础上,通过对优化前后两种结构的止回阀的动态模拟,得出的分析结果说明了本文的研究对阀门的设计和结构优化具有重要的指导作用,避免了阀门设计和优化的盲目性,减少阀门设计的周期和经费,确保设计的合理性和可靠性。
【作者】张伟涛；
【导师】张希恒；
【作者基本信息】兰州理工大学，化工过程机械，2014，硕士
【关键词】轴流式止回阀；计算流体力学；Fluent；动网格；压力分布；

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