中心型蝶阀流场的数值模拟与流动特性分析

利用FLUENT软件对DN250中心型蝶阀进行恒速定常流分析,模拟了不同开度的蝶阀流动情况并对其流动特征进行分析;针对模拟结果对流阻系数、相对流量系数及水动力矩系数三个重要参数进行计算分析,分析结果表明：开度在0°～30°内,流动扰动和阻力系数都较大,造成大量能量损失,不适宜阀板正常工作;阀板开度大于60°,流动阻力系数较小流态稳定,阀板受力较小,流体不会对阀板造成大的冲击;在蝶阀开度为70°时,水动力矩系数达到峰值0.193。研究结果为蝶阀设计提供重要参考依据。     

阀杆可移动硬密封蝶阀

硬密封蝶阀一般采用双偏心及三偏心结构。由于蝶板是在旋转中密封 ,所以密封副易磨损。阀杆可移动蝶阀 (图 1 )通过蝶板特殊1 支承块　 2 蝶板　 3 斜块　 4 阀杆　 5 阀杆螺母6 限位块　 7 操纵装置　 8 定位销　 9 弹簧　 1 0 密封座图 1　阀杆可移动蝶阀的运动轨迹 ,降低了蝶板与阀座的摩擦 ,增加了密封的可靠性 ,延长了阀门的使用寿命。阀杆可移动蝶阀从关闭位置开启时 ,操纵装置先驱动阀杆螺母转动 ,在阀杆螺母的带动下阀杆上升。由于斜块固定在阀杆上 ,于是斜块也上升脱离蝶板斜面。受弹簧的作用 ,蝶板回缩 ,脱离与阀座的接触。…     

基于ANSYS WorkBench的水轮机进水蝶阀的结构分析与优化

建立水轮机进水蝶阀三维模型,利用ANSYS WorkBench对其结构强度及抗震能力进行了仿真分析。分析结果给出了水轮机进水蝶阀在试水实验下的形变和正常工作压力下的地震响应位移。对阀轴进行结构优化改进,改进后阀轴重量大幅降低、装配难度大大减少以及阀轴制造材料的耗费也大大减少。针对蝶板受力状态下最大形变量位置周围的主要部件的形状及特征进行优化改进,达到了减少蝶板形变量和增强蝶板稳定性的目的。优化前后阀门整体形变明显降低,增强了蝶阀的可靠性。     

除尘装置对三偏心蝶阀区域粉尘沉降抑制效能的仿真分析

高炉煤气含大量粉尘,易在管道内三偏心蝶阀阀座密封面底部板结,影响阀板转动或损坏密封面,影响高炉生产并造成经济损失.为阻止粉尘在蝶阀阀座密封面底部板结,采用Pro/E设计了蝶阀区域的粉尘自动清除装置.基于ANSYS Workbench的FLUENT模块,选择标准k-ε模型和DPM模型,对不同阀板开度(15°,30°,45°,60°,75°和90°)时蝶阀区域粉尘沉降轨迹进行了仿真模拟,分析了除尘装置对粉尘沉降特性的影响规律.结果显示:阀板开度30°,45°,60°,75°和90°时,除尘装置均能使三偏心蝶阀阀座密封面底部粉尘板结质量显著降低;阀板开度90°时板结粉尘清除率可高达80.7%;而阀板开度15°时,除尘装置未体现明显除尘效果.     

某型伺服引气阀蝶阀压力损失分析

蝶阀作为伺服引气阀的主阀,其压力损失特性对于伺服引气阀的工作效率、流量控制精度以及下游涡轮起动机性能至关重要。建立了蝶阀压力损失计算的数学模型;通过计算流体力学数值计算方法获取了蝶阀流场总压分布情况,得到了不同工作环境和开启角度时的蝶板压力损失情况。结果表明,供气压力的升高增大了蝶阀压力损失,但不改变蝶阀和涡轮起动机上的压降分配比例;而蝶阀压力损失不受供气温度的影响。对海平面下不同开启角度的蝶阀压力损失进行了试验测试,验证了数学模型及数值计算结果的正确性。     

双向气动快速开关阀动态特性分析

基于ADAMS对双向气动快速开关阀启闭过程进行动力学仿真,同时使用AMESim模拟气动缓冲装置的最佳安装位置,设计出以自主研发的双向冲击气缸为动力的双向快速开关阀。分析结果表明,在0.7MPa气源压力下,双向气动快速开关阀开启、关闭时间一致,均为0.038s;将气动缓冲装置安装在活塞杆前端距动力转换装置初始点20.5mm处可有效避免因冲击过快导致的阀板撞击阀座而引起的部件破坏;阀轴在开关启闭过程中转速过快,轴向存在位移,设计阀门时需注意这一点。研究结果为易燃易爆介质场合使用的垂直板式蝶阀的设计提供了参考。     

CFX仿真分析技术在止回阀阀板抖动故障处理中的应用

针对管路系统试验泵出口止回阀运行过程中出现的阀板抖动故障进行分析,根据系统运行工况和阀门阀板结构特点,运用CFX软件对该止回阀阀板进行仿真分析。通过开展阀板的开启角度和水力特性进行分析计算,对阀板不同开启位置时对应的阀门阻力系数、阀板所受合力矩(水动力矩、重力矩)等参数进行对比。对比结果表明,该止回阀阀板在不同开启角度时,其阻力变化情况与阀板所受的驱开力矩存在一定对应关系,在此基础上微调了该阀门阀板的全开角度,并进行试验验证,试验结果证明了所提出的解决方案有效。     

三偏心蝶阀阀板密封面车削夹具

通过对三偏心蝶阀阀板密封面车削难点的分析，确定了阀板密封面的车削方案，并设计了专用车削夹具。     

催化裂化烟机蝶阀阀杆断裂原因分析及改进措施

为了解催化裂化烟机入口高温蝶阀阀杆在运行一段时间后断裂的原因,从结构特点、强度校核、键槽受力分布及其加工工艺等关键影响因素进行综合分析,结果表明：蝶阀阀杆在使用一段时间后断裂的主要原因是阀杆疲劳强度安全系数过小。此外,不合理的键槽加工工艺和键连接方式对阀杆键槽应力集中的影响也是导致阀杆断裂的重要因素。对阀杆进行磨削和渗氮硬化等处理,改变阀杆和阀板轴孔键槽的加工工艺,同时优化键连接结构,可以有效提高阀杆的疲劳强度安全系数并减小阀杆键槽上的应力集中,对于提高传动件尤其是带键传动轴的机械性能和使用寿命等方面具有重要的参考价值。     

三偏心蝶阀蝶板性能分析

研究了三偏心蝶阀关键部件--蝶板的工作特点和规律,分析了蝶板的受力和变形的分布,并推导出相应的理论公式,得出蝶板边缘应力的分布直接影响三偏心蝶阀性能,而影响蝶板边缘应力主要因素之一是夹角γ的变化,利用有限元分析对结论进行了验证.提出了蝶阀结构的改进意见,对改进三偏心蝶阀设计、改善蝶板应力和变形分布、保证其操作及密封性能起到参考作用.     

三偏心蝶阀的结构优化及流场分析

针对传统三偏心蝶阀的缺点,提出一种桁架过流式三偏心蝶阀结构,利用SolidWorks建立其三维模型并抽取不同开度下的流体域模型,然后根据设定的工况条件在Fluent中进行流场模拟计算。结果表明:优化后的阀板在不同开度下,过流面处承受的压力变小,承压面所能承受的压力变大;同等开度下,优化后的阀板表面的速度降低,阀板表面所受冲刷程度减轻;大开度下,优化后的阀板周围流动稳定性更好,改进后蝶阀的流量系数变大,流通能力变强。对改进前后的蝶阀结构进行阻力特性试验,对比分析得出:大开度下流阻系数明显减小,且改进后结构的流阻系数在同等开度下都有所减小,再次证明改进后结构的性能优势。     

Investigation of the mechanical behavior of a flexible solid metal seal for a cryogenic butterfly valve

Seat tightness at the fully shut position should be a consideration in the development of a butterfly valve for use in a liquefied natural gas (LNG) vessel. A flexible solid metal seal offers sufficient tightness of the butterfly valve and meets the specifications for cryogenic temperature. In the present study, characteristics for a cryogenic butterfly valve, such as the flow coefficient and the pressure loss coefficient, were estimated by numerical fluid analysis carried out to simulate 3-D flow and to study performance as it was affected by the opening angles of the valve disc. A design criterion to ensure the seat tightness of the butterfly valve at the fully shut position was proposed, in which the contact pressure between the metal seal and the valve disc would be compared with the fluid pressure. Numerical structural analysis showed that the contact pressure can be calculated by simulation of the frictional contact behavior on the surface of the metal seal and the valve disc. As a result, an adequate flexibility of the metal seal and the valve disc was required in order to accomplish a contact pressure that would be high enough to satisfy the seat tightness requirement. Under cryogenic temperature, thermal shrinkage caused the metal seal to adhere closely to the valve disc periphery at both sides and raised the contact pressure to a relatively high value, though there was no contact across a small area at the center position, which is susceptible to leakage. An additional displacement of the metal seal and the valve disc appeared at an operating fluid pressure of 6.9 bar and produced sufficient contact pressure at the no-contact area. This was verified by experimental leakage tests performed at room and cryogenic temperatures.     

偏心蝶式止回阀开启性能瞬态分析

采用计算流体力学分析软件Autodesk Simulation CFD及其重叠网格技术,对偏心蝶式止回阀的两种阀板结构分别进行了开启特性瞬态分析。基于粘性可压缩流动Navier-Stokes方程进行了湍流非定常计算,对两种阀板结构的阀板运动状态、阀内的压力分布和速度矢量进行了分析及对比。结果表明,原阀板结构开启过程中存在不稳定且未达到预期的全开状态,改进阀板结构开启过程中阀板开度呈线性增加且稳定在全开位置。     

Study on the design of ball valve based on elastic ring valve seat structure and fluid characteristics and fatigue strength

Aimed at the technical problems such as the influence of granular medium on spring pre-tightening force sealing, a new ball valve based on elastic ring valve seat structure is studied. The spring plate type valve seat structure is designed to cooperate with the ball core for sealing, and the blade spring coil is used to cooperate with the ball core for sealing in the spring plate type valve seat structure. Wherein the supporting back ring supports the blade leaf spring on the outer side to enhance and protect the role of the blade spring coil. The design without the spring cavity avoids the problem of sealing failure caused by medium entering into the spring cavity and affecting the compression spring, and avoids the situation that the valve seat can be sealed with the ball core by pre-tightening the compression spring, thus avoiding the problem of sealing failure caused by the valve seat sticking on the valve body. The mechanical and flow characteristics are studied and analyzed by the ball valve characteristic test system. The stem torque, unbalance torque, flow characteristics and flow coefficient variation at different nominal diameters are analyzed. The seal allowable squeeze stress and seal surface pressure are analyzed, and the seal is stable and reliable with the seal pressure meeting the seal design criteria. The fluid dynamics simulation analyzes the velocity, pressure and flow traces of the fluid flowing through the ball valve under three opening degrees: fully closed, half open and fully open, the maximum velocity-pressure and opening degree variation curves of the inlet and outlet, the maximum velocity-pressure and opening degree variation curves of the inlet and outlet under different nominal diameters and the flow resistance coefficient curves. Static strength analysis was done for the ball core and spring plate seat structure to obtain the stress, displacement, strain and safety factor. The fatigue strength of the ball spool and spring-loaded plate seat structure was analyzed, and the total number of lives (cycles) and load factors were obtained, and the results show that the fatigue strength of the ball spool and spring-loaded plate seat structure is safe and the fatigue strength meets the requirements. Ball valve pressure test, low pressure sealing test and high pressure sealing test, valve body strength and ball valve sealing performance all meet the requirements.     

内流式滑阀壁面压力分布可视化计算及试验验证

针对现有液压阀流场(Computational fluid dynamics,CFD)仿真研究中,采用单相流模型进行计算,忽略了流体气化现象对流体密度及其流场的影响,仿真所得相对压力过低与实际不符的问题,运用Fluent软件,采用两相流模型,研究内流式滑阀流场分布,分析阀口开度、流量变化对于阀芯壁面压力分布及其稳态液动力的影响;设计一种壁面压力分布测量的试验方案,测量得到阀芯壁面的压力分布,并通过表面积积分法求出阀芯所受稳态液动力。结果表明:试验所得的内流式滑阀的壁面压力分布及其稳态液动力与仿真结果趋势一致,壁面压力峰值随着阀口开度的增大而减小;阀口开度较小时,稳态液动力的方向为阀口关闭的方向,在阀口开度达到临界点时,稳态液动力的方向为阀口打开的方向;滑阀稳态液动力公式计算由于忽略了入口射流角的变化及其出口处的动量,得到的稳态液动力误差较大,且方向始终指向阀口打开的方向。     

斜置双瓣止回阀内部流态的模拟与试验研究

为了改进普通止回阀存在的开启角度小、流阻系数大等不足,设计一种新型斜置双瓣止回阀,对其在30°、50°、70°、80°及全开工况下的内部流动特性进行分析,计算出流阻系数及流量系数。对其进行压力损失特性试验及流量特性试验,计算出每个工况下的流阻系数及流量系数,将其与模拟数据进行对比分析。研究结果表明,斜置双瓣止回阀的模拟结果与试验结果比较接近,开启角度大,压力损失小,流阻系数小,流量系数大,通流能力好。通过对斜置双瓣止回阀进行数值模拟及试验研究,斜置双瓣止回阀的设计对流体系统节能具有指导意义。     

调节阀介质流向对不平衡力的影响

以快速更换式单座调节阀为例,利用Solidworks软件对调节阀内部流场进行三维实体建模,用CFX软件对流场进行流体动力学分析,得到各开度下不平衡力的可视化结果。用等效阀瓣截面积的变化表示不同开度下压力的变化,用五阶泰勒展开式表示等效截面积与行程h的关系。结果表明,流开型调节阀不平衡力较大,冲刷作用区域较宽,但不平衡力作用方向始终为正,并且比流关型调节阀稳定。因此,一般直通单座调节阀设计成流开型。     

液压换向滑阀内部结构的健壮性设计

为了优化液压滑阀可控因子以降低滑阀开启或关闭时操纵性能对噪声因子的敏感性,提高液压滑阀工作时的可控性与稳定性,提出了液压滑阀健壮性设计方法。利用计算流体动力学方法对液压滑阀开启或关闭时内部流体的动态特性进行了仿真模拟,分析了滑阀内部流道结构参数、阀芯运动速度、滑阀进油口与出油口压差对瞬态液动力的影响,并借助于试验设计和响应面函数方法,获得了滑阀瞬态液动力与各参数的定量化关系。最后以滑阀内部流道结构参数为设计变量,阀芯运动速度和滑阀进出油口压差为不可控的噪声因子,以仿真中液压换向滑阀瞬态液动力服从正态分布且方差最小为目标,对滑阀进行了健壮性设计,设计结果表明,通过对结构参数进行优化设计可明显降低噪声因子对滑阀瞬态液动力的影响。