基于先导控制的新型截止阀启闭特性的研究

摘要

基于先导控制的截止阀是一种利用介质压差实现启闭的新型阀门，具有结构简单、驱动能耗低、启闭快速等特点。但目前尚缺乏系统的理论研究、数值分析和试验验证，尤其在启闭特性方面缺少相关研究，而启闭特性的优劣关系直接影响阀门整体性能的体现，甚至影响整个管路系统的稳定性和安全性。为此本文采用数值模拟和实验研究相结合的方法，对先导式截止阀的流场特性、阀芯受力和运动特性以及弹簧选型等进行研究。主要研究内容和研究成果如下：
　　 1、通过先导式截止阀的稳态研究，初步验证了利用压差启闭原理的可行性和阀门结构的合理性；研究了不同条件对稳态流场的影响；分析了稳态压差液动力，为动态模拟奠定了基础。
　　 2、建立了阀芯受力方程和运动方程，并以此为依据编写了UDF程序，使新型先导式截止阀的动态模拟成为可能，为此类阀门的数值模拟奠定了基础。
　　 3、描述了先导式截止阀动态启闭过程，通过分析启闭时阀门流场和阀芯受力、位移及速度随时间的变化，对阀门的动态启闭过程有了更加全面和清晰的认识；研究了不同条件对动态启闭流场特性的影响，分别总结了开启和关闭时，不同入口压力、弹簧刚度和先导时间对阀门内部流场变化所产生的规律，为先导式截止阀的应用和设计具有指导作用；揭示了不同条件对阀芯运动特性的影响，分别总结了开启和关闭时，不同入口压力、弹簧刚度和先导时间对阀芯运动过程、阀芯稳定位移和阀芯启闭时间的规律，为先导式截止阀启闭过程的进一步优化奠定了基础。
　　 4、归纳了弹簧初步选型公式，并针对此公式进行实验研究。一方面通过实验数据得到规律，验证了数值模拟定性分析的正确性；另一方面对比实验数据与模拟数据，也证明了数值模拟定量分析的合理性。修正后的选型公式减少了设计时的盲目性，提高了设计的效率。
　　 本文研究成果对基于先导控制的新型截止阀的优化、设计以及工程应用具有重要的学术意义和工程应用价值。