直线型柱塞式平衡调节阀结构优化研究

为解决依靠经验公式设计的柱塞式平衡调节阀流量特性与预期的直线型偏差较大的问题，提出一套优化直线型柱塞式调节阀阀芯结构的方案。该方案将流量系数与流量系数增量共同作为评价线性贴合度的准则，以实验测试为前提，以数值模拟为主要手段，逐段对阀芯结构进行调整优化，并通过数值模拟来验证方案的合理性以及准确性。结果表明：依靠该方案优化后的阀芯结构使得流量特性高度贴合直线型，各开度下流量系数较理论值的偏差由优化前多数在8%以上降低到集中在2%以下；各开度下流量系数增量较理论值的偏差由优化前多数在15%以上、最大值达63.26%降低为集中在5%以下、最大值仅为13.62%。     

阀笼式调节阀套筒窗口形状设计与流量特性分析

我国的阀笼式调节阀技术起步晚,传统的设计过程常常依赖经验公式,产品的实验结果与设计要求存在较大误差。因此,以阀笼式调节阀套筒为设计对象,基于阀笼式调节阀的孔板流量计原理,推导得到套筒横截面积的通用公式和4种流量特性(直线型流量特性、等百分比型流量特性、抛物线型流量特性和快开型流量特性)不同开度下套筒的横截面积,建立模型并用FLUENT软件进行仿真模拟,将调节阀在不同开度下相对流量的实验值与理想设计值进行对比。结果表明:此设计方法在调节阀开度为30%～80%时具有可靠性,不仅有效满足设计要求,而且该方法设计周期短、成本低、精度高。此外,通过推导的阀笼式调节阀套筒的通用面积公式,可改变套筒进口处和出口处的压力值和不同固有流量特性要求,得到符合特定要求的套筒,故具有一定的工程应用价值。     

套筒调节阀节流窗口型线参数化设计方法研究

针对套筒调节阀节流窗口型线设计难点,根据流体力学、流量特性和窗口型线几何方程的相关理论,对其等百分比流量特性的窗口型线进行参数化设计。以可调比为50∶1的DN80-Cv,max (44)套筒调节阀和DN200-Cv,max (275)套筒调节阀为例,基于理论研究设计其窗口型线。借助ANSYS Fluent软件,分别对两台阀门5%、10%、20%、…、100%开度模型进行仿真,得到各开度下仿真流量系数与理论流量系数之间的误差均不超过10%,满足节流窗口精度设计要求。分别对两台调节阀5%、10%、20%、…、100%开度模型进行流量试验。结果表明：阀门在5%和10%开度时,试验流量系数和理论流量系数误差较大;在20%~100%开度时,试验流量系数和理论流量系数误差均在10%以内,且流量控制精度较高;节流套筒与阀塞之间的环向间隙对阀门小开度时的流量系数影响较大;理论流量特性曲线、仿真流量特性曲线和试验流量特性曲线高度吻合,验证了所提方法的正确性。     

大型煤气调节阀流固耦合分析

根据循环发电工程中大型煤气压力调节阀的实际结构和工作条件,建立调节阀流固耦合系统动力学模型,对调节阀中流体与阀芯的流固耦合问题进行研究。分析不同开度下流固耦合对流体速度和漩涡形成的影响,探讨在大流量煤气压力作用下的阀芯和阀杆的等效应力分布以及变形情况,揭示流固耦合对流场作用于阀芯压力的影响。从流固耦合问题出发研究大型煤气压力调节阀,实现调节阀在流固耦合作用下的结构优化设计,对于提高我国大型调节阀的设计研究水平,具有重要的生产实际意义。     

基于CFD的调节阀内流场流动特性研究

针对某调节阀,建立其三维流场模型。应用CFD方法对调节阀内部流体流动特性进行仿真,得到该型号调节阀内流场流动特性的三维可视化结果。根据仿真结果分析调节阀内部流场的流动特性,得到在阀芯不同开度下调节阀的理想流量特性曲线以及相同开度下流量和压降的关系曲线,为后续的阀门故障诊断及流动性能优化等研究提供参考。     

面向调节阀的流量控制仿真研究

针对柱塞式调节阀进行流量反馈控制时过于依赖流量测量装置、流量调节时间长的问题，进行流量控制仿真研究。基于Fluent流体仿真软件，建立10%～100%开度值下的调节阀三维流道模型，并在0.2～1 MPa进出口压差下仿真得出调节阀内部流场分布，建立阀口流量与阀芯开度、调节阀进出口压差三维数据表。建立调节阀开度控制模型，同时完成模糊PID控制器的设计。通过MATLAB对3种调节阀流量控制系统进行仿真分析。结果表明：基于所设计的开度控制模型进行流量调节时，有效地提升了阀门的快速性，阀门开度响应时间小于1.8 s,同时完全消除了超调量，更易达到稳定状态。     

起重机变幅平衡阀流量计算与仿真分析

变幅平衡阀安装在汽车起重机变幅系统的液压回路中,起到负载保持和控制负载运动速度的作用。在分析某型起重机所用平衡阀的组成结构和功能原理的基础上,针对其主阀芯的复杂通流形式,采用一种节流槽和阀芯表面通流面积分开计算后整合的方法,得到主阀芯整体的开度-过流面积曲线。利用AMESim仿真软件建立平衡阀中单向阀和主阀芯的仿真模型。通过对比平衡阀流量压力特性的仿真与实验结果,表明采用此计算方式得到的开度-过流面积曲线可以准确地反映平衡阀工作时的性能特征。对影响平衡阀流量压力特性的关键因素进行了探究,为平衡阀的优化设计提供了模型支持和参考思路。     

套筒调节阀等百分比节流套筒开孔参数化研究

针对套筒调节阀节流套筒设计难点,根据调节阀流量方程和流量特性的相关理论,结合开孔几何设计方程,对其等百分比流量特性的节流套筒开孔进行参数化研究。以可调比为50∶1的DN50(C_(vmax)24)、DN250(C_(vmax)450)和DN500(C_(vmax)1860)套筒调节阀为例,进行多孔节流套筒的设计。采用Fluent仿真软件,分别对3台调节阀10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%开度时的模型进行仿真试验。结果表明:DN50(C_(vmax)24)套筒调节阀除10%开度外,其余开度时仿真和理论流量系数相对误差均在10%以内;DN250(C_(vmax)450)和DN500(C_(vmax)1860)套筒调节阀所有开度时的仿真和理论流量系数的相对误差均在10%以内,且相对精度较高;理论和试验流量特性曲线高度吻合。研究结果弥补了该套筒调节阀节流套筒设计方法上的不足,为调节阀行业的发展提供助力。     

具有压差-位移检测装置的多路阀特性研究

相较负载敏感系统，采用泵阀协同压力流量复合控制系统时流量控制更加精准，系统压损更小。但采用压力传感器检测阀口前后压差、实时调节阀口开度来实现流量精准调节，当阀口压力高频波动时会引起阀芯振荡，从而导致压力冲击和流量不稳定。针对这种情况，提出一种提高系统阻尼比的压差-位移检测装置，实现在压力高频波动时抑制阀芯振荡以提高系统稳定性。利用AMESim软件建立电子压力补偿的控制系统模型并验证；建立具有该装置的控制系统仿真模型，通过仿真研究该装置对系统特性的影响。结果表明：该装置中的弹簧刚度、黏性阻尼系数、活塞质量对系统特性的影响依次减小；当负载频率小于50 Hz时，不采用压差-位移检测装置可以保证流量的稳定以及准确；当负载频率为50～80 Hz时，采用压差-位移检测装置的输出流量的波动减小了15%～30%;主阀芯的振荡减小了约85%。     

数字液压缸阀芯特性研究

阀芯特性是影响数字液压缸准确性与稳定性的重要因素。以数字液压缸的滑阀阀芯为研究对象,通过建立圆柱滑阀、矩形槽滑阀和锥形滑阀3种典型滑阀过流面积的数学模型,并结合数字液压缸AMESim仿真模型对3种阀芯的特性进行对比分析,研究3种滑阀对该型数字液压缸特性的影响,为该型数字液压缸滑阀阀芯的设计、选择及优化提供了参考依据。     

高温燃料流量调节发拉瓦尔管口特性分析(英文)

600～700℃高温下,冲压发动机所用燃油为完全气态。为解决气态燃料在高温下的流量精确调节,设计新式燃料流量调节阀,对流经发动机进气道的燃料进行调节。对拉瓦尔管阀口特性进行研究,采用FLUENT仿真软件,分析流经阀口的气态燃料速度及压力的分布,从而找出流量变化规律。研究结果表明,采用拉瓦尔管状阀口的流量调节阀,阀芯位移和入口压力不变时,改变出口压力,流经阀口的燃料流量保持不变。     

多路阀滑阀节流槽计算方法研究

工程机械上,多路阀常通过在阀芯节流边加工不同形状的非全周开口节流槽以满足不同阀芯流量控制特性。由于非全周开口节流槽复杂多变的结构特点,传统而相对简单的截面面积计算公式难以完成面积精确的计算。利用CFD仿真软件,对双U节流槽的三维流场压力进行仿真分析,推导了面积与压力变化之间的关系,并根据节流槽液体流动结构形式确定了局部压力损失系数,得到非全周开口计算面积与节流槽结构参数之间的关系方程。通过AMESim软件进行液压系统仿真分析,并最终通过试验进行了验证。研究发现通过该方法能快速准确地完成各种非全周开口滑阀开口面积的设计,对非全周开口滑阀流量设计、液动力预测及其振动和噪声的控制具有重要意义。     

滑阀式温控阀的结构优化仿真研究

为设计出小流阻、小轴向液动力的滑阀式温控阀,采用拉丁超立方抽样法对V形槽式滑阀进行设计参数优选。通过某航天器流体回路的系统仿真,发现等百分比型滑阀的控制超调量最小,通过正交试验法筛选出等百分比型开度-流量曲线滑阀。综合阀芯和阀腔的设计参数,得到优化设计方案,为三通滑阀式温控阀的定量化设计提供参考。     

滑板式调节阀流场的数值模拟及性能预测

针对新型滑板式调节阀产品模型,采用基于各向同性涡黏性理论的k-ε双方程模型求解,获得了阀门内部流场不同开度下的压力场和速度场,预测了阀门出现空化现象的位置,建立了阀门的流量特性曲线和流阻特性曲线。通过研究发现,滑板式调节阀流通能力强,具有线性流量调节功能;阀门在小开度情况下,内部流场紊乱,存在大尺度的漩涡;仿真结果可为此类新型阀门的开发与优化提供了依据。     

基于CFX的迷宫式调节阀内流场流动特性的仿真

针对某特定型号的迷宫式调节阀,用SolidWorks建立其三维实体模型,通过布尔操作取其内部流场作为研究对象。应用CFX方法对调节阀内部流体流动特性进行仿真,得到该阀内流场流动的三维可视化结果。根据仿真结果分析迷宫式调节阀内部流场的流动特性,得到在阀芯不同开度下该阀的理想流量特性曲线以及相同开度下压差和质量流量之间的关系曲线,为后续研究新的阀门、阀门故障诊断以及阀门流场优化等研究提供很重要的参考。     

直角阀座式水压锥阀空化射流特性数值模拟研究

为研究喷射流的漩涡空化,基于OpenFOAM平台使用VOF算法搭建可压缩的空化两相流的数学模型。对直角阀座式水压锥阀的空化射流进行三维动态模拟,并将瞬时空化结构、压力分布及节流系数与实验数据进行定量或定性的对比和流动特性分析。结果表明：喷射流的自由边界层诱发漩涡空化结构,锥阀阀芯锥形后沿处形成黏着型空化,而喷射流的壁面边界层未观察到空化现象;自由边界层空化结构的动态演变与漩涡结构的动态特性密切相关;流量特性曲线总体较为平稳,在空化作用下有轻微下降趋势;直角阀座处并不存在足以诱发空化的压降,阀芯表面的压力降梯度相对平缓,为漩涡空化分布及流量特性曲线的平稳趋势提供了合理解释;空化结构的动态演变过程揭示了漩涡空化与阀芯后沿的黏着空化存在明显的耦合。研究结果证明了水压锥阀内部空化喷射流动的动态特性,从流体力学的基础层面解释了空化诱发机制及相关效应。     

核电汽轮机阀门的国产化研究

采用测绘、理论计算和模拟实验等方法对百万等级核电汽轮机组高压主汽调节阀的阻流特性，稳定性、提升力及噪声特性等，采用数值计算的方法进行了研究分析和优化，并进行了模型试验，掌握了设计和制造的要点。     

压力平衡气动比例阀设计与试验研究

比例阀与电磁阀的不同之处在于能够实现流量的连续调节,因此其设计方法也不同。介绍自行研制的气动比例阀结构,概述其工作原理,详细介绍了动阀芯结构尺寸、线圈组件设计方法,通过增加密封膜片使阀芯受力平衡,使阀芯在运动过程中只受电磁力和弹簧力作用,更容易实现动态平衡并降低电磁铁功耗。为了提高输出电磁力的水平特性,对隔磁环进行了参数化仿真研究,最终确定最优隔磁环参数θ2=60°,Δh=0.2 mm,θ1=90°, h=1 mm。根据动态平衡确定了弹簧力范围,通过Inventor软件确定了复位弹簧参数,最后对气动比例阀的流量特性进行了试验。试验结果表明：该气动阀的输出流量能够随控制电压实现连续变化,满足比例阀的基本性能。     

基于Kriging插值代理模型的轴流式止回阀多目标优化

基于Kriging插值代理模型,对轴流式止回阀的各项性能进行综合优化,具体的优化目标为：降低正向流阻;减小阀芯振动;提升止回性能。通过试验设计方案找到影响轴流式止回阀正向流阻的主要结构参数因素,并以其作为优化对象,通过Kriging插值法拟合主要结构参数对应的性能样本点,在保证拟合精度的情况下,使用NSGA-II遗传算法同时对3个主要结构参数进行多目标优化,得到了三目标Pareto前沿,经过权衡不同因素对性能指标的影响大小,最终得到了综合性能最优的结构参数为：阀瓣丰满度系数 α1=2.199,阀芯长度 L=386.322 mm,阀芯半径R=113.997 mm。其对应的止回阀性能为：正向出口流量Q=161.839 kg/s,正向出口流速v=3.302 35 m/s,止回阀进口压力p=97 632.228 7 Pa。相比优化之前,阀门正向流阻减小了1.2%,阀芯振动降低了0.24%,止回性能提升了2.3%。     

阀芯旋转式高速开关阀稳态液动力矩研究

为突破高速开关阀阀芯行程对开关频率的限制,提出一种阀芯旋转式高速开关阀。采用理论计算与CFD仿真相结合的方法,研究不同阀芯旋转角度下阀芯结构参数变化对阀口过流面积、流量系数、射流角及液动力矩的影响,得到了液动力矩的变化规律。研究结果表明：液动力矩与阀口压差及流量的二次方成正比;压差一定时,液动力矩与阀口过流面积及射流角余弦值成正比,随着阀芯旋转角度增大,液动力矩先增大后减小;流量一定时,液动力矩与阀口过流面积成反比,随着阀芯旋转角度增大,液动力矩逐步减小为零。通过调整阀芯沟槽高度来改变射流角,达到补偿液动力矩的目的。