超临界减温压阀结构分析及模拟研究

摘要

伴随着国内对电力需求的增加，火力发电发展迅猛，承担着调峰的重任，电站阀门的市场需求也得到了持续快速发展。因此，国家能源局文件、国能科技[2010]335号《国家能源局关于印发超(超)临界火电机组关键阀门国产化实施方案的通知》，提出了高端电站阀门国产化项目。减温减压阀作为汽轮机旁路系统不可缺少的部件，是电站机组中重要的蒸汽调节控制设备；在汽轮机的高压旁路系统中，减温减压阀与其他设备紧密关联，在系统中承担着改善汽轮机启动和负荷特性，调节主蒸汽参数，保证整个机组平稳运行，提高机组的安全性和灵活性。在超超临界机组旁路系统中，减温减压阀要承受严峻的工况，进口压力30MPa，温度600℃，在这样的工况下安全工作显得更加重要了。
　　 对卡箍连接结构进行了设计分析，建立了卡箍危险截面处结构模型，得到卡箍应力计算公式以及应力判断依据。运用ANSYS软件对卡箍进行了参数化建模，分析了卡箍的应力分布规律，得到了危险截面的最大等效应力值，并在ANSYS下的Design Explorer模块下，对卡箍进行了优化分析，得到了各关键参数对等效应力值影响的曲线图，分析了各关键参数对应力值影响程度的大小，找出了各关键参数的最佳尺寸，将最大等效应力值控制在允许的范围之内，使得应力分布更加合理，提高了卡箍的稳定和安全性能。
　　 运用弹塑性力学知识对减温减压阀圆筒形阀体和球形阀体部位进行了热应力分析，推导出了筒形阀体和球形阀体部位的热应力计算公式，并根据计算公式得出热应力变化的规律曲线。运用ANSYS软件对减温减压阀阀体进行了温度场的分析，得到了阀体内外壁温差值，在温度场分析的基础上得到阀体的热应力和综合应力的分布规律，并对各部位应力值进行了判定。
　　 根据减温减压阀内部结构及流场特性，减温减压阀采用了多级节流小孔进行节流降压，依据多级节流小孔的结构建立了减温减压阀内部流场的二维计算模型，运用FLUENT软件对二维流道进行了流场模拟。利用了时均化流场和大涡模拟两种模型，得到了非稳态下湍流流场的压力、速度和涡流强的分布规律，分析了压力、速度和涡流强的变化规律，研究了压力、速度和涡流强对噪声和振动的影响和诱因，对减温减压阀的振动和噪声的成因进行了了解。