基于workbench流固耦合节流阀数值分析与优化设计

针对川东北地区高压陆相裂缝性气藏开发过程中,由于含固相流体高压冲击作用,节流阀在现场使用过程中频繁出现楔形面遇刺、堵塞及阀芯台阶面和销钉孔连接处断裂等问题,以钻井现场普遍使用的楔形节流阀为例,采用workbench流固耦合数值模拟方法,对不同条件下节流阀内部流场分布及阀芯静力学进行对比分析。结果表明,由于阀腔内流体的高速流动,阀芯台阶面与销钉连接孔位置处出现应力集中,同时楔形导流面处有明显漩涡产生,引起阀芯振动,容易导致断裂失效,该结果与现场阀芯失效情况十分吻合。综合现场与分析结果,优选阀盖伸出量长度为26 mm,并提出楔形节流阀阀芯新型连接结构,改善阀芯工作条件,延长使用寿命。     

高压节流阀节流特征及流固耦合失效分析

以川东北地区高压裂缝性气藏开发钻井现场普遍使用的楔形节流阀为例,分析开度与节流面积、节流压降、流体速度的关系,并依据伯努利方程建立节流压降与开度、流体密度、进口流量的数学模型,采用workbench流固耦合数值模拟方法,对所述条件下的节流阀内部流场和阀芯应力分布对比分析。结果表明,楔形节流阀节流能力随开度的增大迅速减小,随流体密度、进口流量的增大而增大,在一定开度下,由于阀腔内流体的高速流动,阀芯变径台阶面与轴销连接孔位置处出现应力集中,同时阀芯节流面附近有明显漩涡产生,引起阀芯振动,容易导致断裂失效;当开度较小时,节流效果显著,含固相颗粒的流体容易造成节流阀堵塞,且高速流体对阀座冲刷引起刺漏,该分析结果与现场节流阀失效情况十分吻合。     

位移电反馈型比例节流阀的阀芯设计改进

通过分析普通电磁换向阀在换向时引起的压力冲击△pz,及对位移电反馈型比例节流阀（以下简称：比例节流阀）引起系统振动及噪音的原因分析后,对比例节流阀的阀芯进行适当改进,并对改进后的阀及系统进行理论分析,证实了改进的合理性。     

挤压机节流调速系统的研究

以125MN挤压机为背景,针对用于125MN挤压机活动横梁速度控制的原有节流系统,存在阀的稳定性差,控制精度不高的缺点,提出一种以电液比例控制阀为先导阀并带位移传感器和压力传感器的新型大通径(80mm)水节流阀,对该阀阀芯位置控制原理、流量特性、控制策略以及先导阀-节流阀系统动态特性进行研究;并采用状态空间法建立了节流阀阀芯位移控制系统的数学模型,用Simulink对该模型进行仿真,得出该系统在输入为一阶跃信号下的节流阀阀芯的位移动态响应曲线和速度动态响应曲线,并分析该节流阀在实际应用过程中的动态响应特性;得出了节流阀阀心位置控制系统仿真模型的响应时间和超调量,以及在实际应用过程中的响应时间和超调量.     

基于Fluent的不同阀芯与阀体组合的数值模拟研究

从理论上分析液压节流阀的最佳结构形状,利用Fluent软件对不同结构阀芯与阀体组合形式内的流场和压力梯度进行分析。分析得出:单独改进阀座或阀芯时,阀芯对内部流体流动影响较大;在所建立的模型中,双锥面阀座与单锥面阀芯结构的组合阀内流体流动最稳定。     

电控微小量阀的结构及特性

为了满足低速高精度及位置控制系统的要求,研制了一种流量调节范围为10mL/min至10L/min的电控微小流量阀。一、电控微小流量阀的总体结构电控微小流量阀的节流阀主要有平板式和滑阀式两种结构。平板式节流阀(见图1a)利用两块相互压紧的平板所形成的节流口工作对流量的影响。减压阀采用滑阀式结构,并将减压阀阀芯与节流阀阀芯安装在同一阀套中(见图2)。     

基于FSI的U型节流阀油流粘性热效应分析

在中高压液压系统的使用过程中,液压滑阀经常出现阀芯移动操作困难和阀芯磨损,甚至造成阀芯和阀套间卡死的现象,这是因为液压滑阀因节流产生的粘性加热使油流温升显著,阀芯阀套受热膨胀不同,从而减小了阀套与阀芯间的配合间隙。针对这一现象建立了计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)三维模型和稳态传热有限元模型(Finite element analysis,FEA),并利用流固耦合(Fluid-solid interaction,FSI)计算了U型节流阀在不同工作压力下,不同节流槽口宽度和深度,以及不同开口度的速度场和阀芯表面温度场,并对计算结果进行了分析,得出阀芯在各种情况下的最高温度和最大变形量的变化趋势。     

基于Matlab/Simulink的电液比例阀动态性能分析与仿真

在简述电液比例节流阀基本原理的基础上,分析了库仑摩擦力对主阀阀芯的干扰作用,通过叠加颤振信号的方法消除了库仑摩擦力对主阀阀芯的影响;建立了主阀阀芯在稳态、暂态以及叠加颤振信号三种不同状态的数学模型以及三者之间的相互关系,并进行了受力分析;给出了需要根据输入信号大小不断调整颤振信号幅值及频率的原因;根据建立的比例节流阀的动态信号特性框图,进行了阶跃响应和正弦波响应的时域分析及Matlab/Simulink仿真。Simulink仿真显示,主阀阀芯叠加颤振信号有利于消除库仑摩擦力引起的滞环、流量死区及动态特性的不稳定因素,能够提高主阀阀芯的稳态特性和动态特性。     

针式节流阀结构改进

介绍了针式节流阀在油田现场使用中存在的阀芯脱落和阀杆断裂等失效形式,提出了二级节流在一个节流阀中实现的改进措施,论述了增加阀座笼套与阀杆进行一级节流,再通过阀座与阀针进行二级节流的工作原理,解决了阀杆悬臂振颤和噪声问题,提高了节流阀的使用寿命。     

水液压节流阀关键技术的设计研究

介绍了水液压数字节流阀阀体的设计和计算过程。通过给定的参数。确定了阀口形式和结构及进水口、出水口、阀芯与阀芯开口度等尺寸。论述了阀门材料的选择和影响节流阀流量特性的因素。     

基于Fluent的挖掘机多路阀动臂联流场分析

针对多路阀在使用过程中的发热、异响、压力损失过大等问题，应用数值模拟的方法对液压挖掘机多路阀动臂联进行流场分析。基于流体动力学理论，利用Fluent软件得到了动臂2联阀芯在开启过程中，节流槽前、后的流速、压力及其差值的变化情况。通过数据分析，得到了多路阀动臂联稳态流场的内部流动规律和稳态液动力变化规律。观察发现动臂2联阀口开度在2.1～4 mm时，压差与速差同时发生突降现象，并且液动力的变化较大，容易产生振动、噪音和气穴等现象。研究结果表明，通过对多路阀阀芯开启过程的流场分析，所获得的流速、压力和液动力等数据可以作为多路阀优化设计的参考依据，从而提升多路阀的工作效率和使用寿命。     

防刺短节对节流阀流量特性影响规律的研究

冲蚀磨损是井控节流阀正常工作下的主要失效形式,为了延长其使用寿命,减小其冲蚀磨损而设计了一种防刺短节装置。但该装置对节流阀流量特性的影响规律尚不清楚,为了对其现场应用提供理论参考,采用三维流场分析的方法,对其流场进行了研究。结果表明,防刺短节对节流阀的压降、流阻系数和流量系数影响不明显,不会对节流阀的现场操作带来影响。安装防刺短节仍然要避免节流阀在较小开度下长时间工作。针对楔形节流阀阀瓣与阀座之间无冲击的特点,提出了阀瓣采用陶瓷材料的建议。     

节流口结构对超高压插装阀液流特性的影响

超高压是液压系统未来发展的方向之一,因此分析超高压液压元件的性能非常重要。针对DN25超高压插装阀3种不同阀芯节流口结构的液流特性进行了分析。以Fluent软件为平台,建立了3种不同节流口结构的DN25超高压插装阀流场有限元模型,结合阀口的节流特性分析了流体的速度场和压力场,得到了不同阀口开度下的流量以及阀芯所受液压力,为超高压插装阀结构设计提供了理论基础。     

组合型节流槽对多路阀内流场特性影响的仿真研究

针对工程机械用多路阀阀口压损大、流速高,极易出现阀芯冲蚀磨损的问题,以某型号工程机械多路阀为例,设计不同组合形式的节流槽,研究多路阀阀口节流槽结构形式对阀口流阻损失及多路阀内部流场特征的影响。采用数值分析的方法研究了不同阀口节流槽形式在阀芯开启过程中阀口前后压差、流量、流速等流场特征。结果表明:阀芯采用不同组合型节流槽的流场特征明显不同,VU形节流槽较其他阀口出流线性特性更好,且具有良好的预升压效果,可进一步降低液流对阀芯的冲蚀,减小噪声、振动,保证多路阀工作的稳定性。对高压、大流量多路阀阀芯节流槽口的设计及提升多路阀综合性能具有一定的参考意义。     

某双阀芯电液比例多路阀主阀进口节流流场及阀口压降特性研究

以某系列双阀芯电液比例多路阀为研究对象,采用CFD流场仿真技术和PIV可视化测速技术对不同阀口开度和流量下的主阀沿进口流道、节流口、阀腔的流场进行了流体仿真和试验可视化研究。应用Fluent软件仿真研究了主阀进口节流流场分布并得出阀口压降特性;采用PIV试验研究的手段对流场分析结果加以验证,应用2D-PIV技术获得主阀腔内部一个截面上的流场分布,并通过相似理论计算得出阀口压降特性。CFD流场仿真和PIV试验结果表明：该双阀芯电液比例多路阀主阀出油环形腔内会形成较大旋涡,且阀口开度和流量对主阀进口节流内部流场结构和阀口压降特性有重要的影响。研究结果对定性分析双阀芯电液比例多路阀主阀内能量损失和噪声、主阀的结构和流道的设计以及优化具有重要实际意义,为CFD技术和PIV技术在双阀芯多路阀领域的应用研究提供了参考。     

小开度节流阀流场特征及空化流动的数值分析

基于两相空化流动的控制方程和湍流模型,对节流阀在小开度下的流场特征及空化流动进行数值分析。结果表明:流体在流经节流口时,流速急剧增加,压力迅速降低至液体的饱和蒸汽压以下,形成空化。当节流阀出入口压差增大时,出口边界流速明显提高,出口两侧的流速差异更加明显,且在低速流一侧形成涡流。并且,出入口压力差的增加、阀门开度的减小会导致空化区域扩大,强度增加。研究成果可为节流阀的后续优化设计和操作提供理论依据。     

水液压节流阀精细调节阀口设计与仿真分析

传统水液压节流阀阀口形式多为球阀式和锥阀式,具有良好的阀口密封性,但其存在着流量分辨率低和阀口特性线性度差等缺点。设计了一种新的非全周开口滑阀阀芯,其阀口形式由该非全周开口滑阀阀芯和空心圆柱阀套构成,具有阀芯行程大的特点。该研究进行了CFD仿真分析,结果显示,非全周开口的阀口形式保证了高线性度的阀口特性,阀芯行程的增大提高了阀口的流量分辨率,该阀口形式能够适应水液压传动系统高精度控制的应用需求。     

一种插装式比例节流阀主阀套通孔新结构研究

基于传统插装式比例节流阀圆形通孔的主阀套结构,提出一种腰形通孔的主阀套新结构,利用CFD技术对以上两种通孔形式的阀的流量特性、主阀芯受力情况进行对比分析,并基于相似理论进行了可视化实验研究。研究结果表明：主阀套采用腰形通孔结构相对于传统的圆形通孔结构,不仅增加了阀的通流能力,还改善了主阀芯所受的径向不平衡力。研究结果为插装阀的结构优化设计及实验研究提供了理论依据。