全量型安全阀流道设计及性能分析

摘要

全量型安全阀是大型火力发电厂蒸汽介质设备和管路上常用的一种安全阀。安全阀介质流动状态复杂，为获得较好的流动特性，会涉及到较多的结构设计参数。针对全量型安全阀阀腔结构复杂，流型多变等因素对阀门性能的影响，研究了全量型安全阀流道结构参数优化方法及阀瓣组件对其性能的影响关系。
　　首先，根据全量型安全阀的结构特点，建立了排量、动作特性、弹簧刚度和喉径计算的数学模型，并建立了零件及装配体的三维几何模型;针对安全阀阀腔的优化问题进行了描述，建立了参数优化模型，根据模型转换的思想，将iSIGHT与ANSYS进行集成，把CAE模型优化问题转变成数学模型进行求解，考虑到阀腔结构的复杂性，在选择算法时采用遗传算法和序列二次规划法组合优化策略，优化后的设计参数有效扩大了阀体流道的容积，减轻了阀体质量。
　　其次，对优化后的阀腔流道进行数值仿真分析，基于流体力学计算方法，利用Workbench对全量型安全阀进行分析。对比安全阀流道优化前后流量变化发现，改进后流量整体上大于改进前流量，流道优化前后曲线走势基本一致，且流量特性能够满足设计要求;随着阀门开度的增加，流道结构优化后阀芯处介质流动速度曲线呈递减趋势，阀芯部位介质流动速度明显小于优化之前。因此通过对流道结构的优化，减小了流体对安全阀阀芯的冲刷作用，明显的降低了由于介质的高速流动对阀芯的破坏。
　　最后，在分析安全阀流场、压力场的基础上，研究了在不同开度下其流量变化以及阀瓣受力特性。通过对不同入口压力和不同开度下的流场和压力场进行分析，得到了不同入口压力下安全阀质量流量随开度的变化规律。分别在不考虑动背压和考虑动背压的情况时对阀瓣受轴向力进行了研究，分析阀门全开时阀瓣轴向力与入口压力间的关系，通过分析阀门全开时安全阀的压力分布、速度矢量分布，得到了上调整环和阀座角度对安全阀特性的影响关系。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及研究的背景意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 安全阀数值模拟研究现状

1．2．2 阀内介质流动状态研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 全量型安全阀设计参数优化

2．1 安全阀主要结构参数计算

2．1．1 安全阀工作环境及结构特点

2．1．2 安全阀排量计算

2．1．3 安全阀动作特性计算及弹簧刚度的确定

2．1．4 喉径的确定

2．2 安全阀阀腔模型的优化

2．2．1 优化问题描述

2．2．2 阀门的几何建模

2．2．3 参数优化流程

2．2．4 优化分析

2．3 本章小结

第3章 安全阀流场仿真分析

3．1 数值求解方法

3．2 控制方程

3．3 安全阀数值模拟过程概述

3．4 安全阀仿真分析前处理

3．4．1 建模求解中的简化和假设

3．4．2 流道几何建模

3．4．2 网格划分

3．4．3 创建安全阀计算流域

3．4．4 初始条件和边界条件的设定

3．4．5 仿真分析收敛条件

3．5 仿真结果分析

3．6 优化前后阀门性能的对比分析

3．7 本章小结

第4章 阀瓣组件对安全阀动作特性的影响

4．1 质量流量变化规律

4．2 受力分析

4．3 上调整环的影响

4．3．1 上调整环下调距离对受力和流量的影响

4．3．2 对流场的影响

4．4 上调整环倾斜角度的影响

4．5 阀座形状对安全阀特性的影响

4．6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢