高压差高固调节阀内部流场分析及优化

摘要

高压差高固调节阀是煤炭液化装置中的关键设备，安装于高温高压分离器和高温中压分离器之间，起调节分离器液位高度和节流减压作用。由于该调节阀运行工况恶劣，使得调节阀存在严重的气蚀和磨损损伤，调节阀极易出现失效，已严重影响装置的正常运行。
　　本课题根据调节阀的运行环境、结构及介质物性等参数，在基于计算机流体力学基础上，构建了高压差高固工况调节阀的数值求解模型，通过对模型进行数值计算求解，获取典型开度下调节阀空化场中流道内介质的压力、速度、液相分率和磨损率等参数的分布，运用数值模拟方式分析阀门失效原因，并与现场失效调节阀进行对比，验证数值模拟计算的可行性。针对阀芯、阀座等零件的气蚀和磨损问题，开展结构优化方案设计和材料表面硬化研究；运用数值模拟技术对两个结构优化方案进行数值模拟，对比数值模拟分析结果，最终选择方案一作为调节阀的结构优化方案；通过开展材料表面硬化工艺试验，对比激光熔覆、火焰重熔、超音速喷涂三种表面硬化工艺方法，从硬化方式对基材的要求、基材与熔覆层的结合方式、熔覆层的硬度、熔覆层的表面质量等多方面因素考虑，最终选择采用激光熔覆表面硬化工艺方法对调节阀零件熔覆 Ni-WC粉末以提高其硬度。
　　本文通过对调节阀结构和材料同时进行优化的创新方法，用于解决调节阀在高压差、高固工况下的失效问题，为最终实现延长高压差高固调节阀的使用寿命提供理论依据。

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附表索引

第1章 绪 论

1.1 调节阀简介

1.2 数值模拟在阀门领域的应用发展

1.3 高压差高固工况调节阀的研究现状

1.4 课题研究对象与意义

第2章 调节阀运行参数及数值建模

2.1 调节阀运行环境

2.2 调节阀结构及工况参数

2.3 计算流体力学的基本原理

2.4 控制方程及数值模型

2.5本章小结

第3章 调节阀失效原因分析和数值模拟验证

3.1 调节阀失效形式

3.2 调节阀失效原因分析

3.3 调节阀典型开度空化流场分析

3.4 调节阀空化作用下的磨损分析

3.5 数值模拟结果验证

3.6 本章小结

第4章 调节阀结构优化设计与分析

4.1 结构优化方案设计

4.2 结构优化方案数值模拟分析

4.3结构优化方案数值对比和选择

4.4本章小结

第5章 调节阀材料表面硬化研究

5.1 材料表面硬化工艺介绍

5.2 材料表面硬化试验

5.3 调节阀基材和硬化方式的选择

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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