閥門是石油、化工、工農業(yè)生產生活中的重要部件。閥門動態(tài)特性研究對閥門設計、生產制造、安裝維護、故障診斷具有重要意義。本文針對流致振動和閥桿扭矩兩方面的閥門動態(tài)問題展開研究。分析了閥門振動的機理,提出三種優(yōu)化方案并進行分析;通過測試實驗和流場模擬相結合的方法,研究了球閥的扭矩特性。本文得出的主要結論有:(1)模態(tài)計算結果顯示,閥門管道系統(tǒng)前十階固有頻率在50Hz以內;管道流場模擬數(shù)據(jù)表明壓力脈動最大位置在閥瓣周圍,小開度相對于與大開度有較強的脈動壓力,閥門在小開度時會產生大量的渦,閥門振動是由低頻率高幅值的流體壓力脈動引起。(2)減振優(yōu)化前后對比結果顯示,改變約束可以提高管道系統(tǒng)的固有頻率,避開了脈動壓力幅值最大的頻率區(qū)域,對流道進行優(yōu)化和減小進口流量可以降低流場的脈動壓力。(3)基于Labview信號處理提取振動信號,該信號特征頻率與管道模態(tài)頻率具有較高的一致性。聲場計算結果表明,管道總體聲場分布特點為“低頻能量高,高頻能量低”。(4)通過實驗研究發(fā)現(xiàn),球閥扭矩曲線具有兩端高中間低的特點,開啟扭矩和關閉扭矩曲線存在差異。在介質條件下,最大扭矩發(fā)生在閥門還未開啟的時。球閥流場計算結果表明,球閥不同開度下的流致扭矩值不同。
【學位單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH134
【部分圖文】：

命、增加維修維護成本，嚴重的管道振動還會造成工廠停工，同時振動產生的噪聲還會??影響人們生活。??本文以某煤化工廠的一段輸油管路為研究對象，如圖２．１所示是該管路系統(tǒng)結構示??意圖，１為管道進口，進口與泵相連；流體從入口?１進入一段１２寸管道再經過變徑管道??３進入１８寸管道，之后經過４止回閥，通過６截止閥到達該管道出口，出口?７與環(huán)形??回路相連。除了進出口約束外，２位置是支撐約束，約束豎直方向的位移，５位置是彈??簧，彈簧剛度是６．０７ｅ６Ｎ／ｍ。該管路系統(tǒng)介質為１２０°Ｃ的導熱油，導熱油密度為８０４ｋｇ／ｍ３，??粘度為〇．〇〇２４７Ｐａ＊ｓ。當截止閥開高在３０ｍｍ?（２５％相對開度）附件時在截止閥部位發(fā)??生強烈的機械振動，當閥門全開時（１２０ｍｍ開高）振動幅值較小，截止閥振動劇烈程蝶??衣與開度有關。??在截止閥位置發(fā)生強烈振動時，截止閥法蘭螺栓松動，管道出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，同時在??劇烈的振動下閥門其他零部件也有損壞的風險，整個系統(tǒng)設備無法正常有效運轉。因此??為了探究振動產生機理并尋找降低振動的優(yōu)化方案

人?下部閩蓋??圖２．２截止閥三維結構??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?３－Ｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃｕｔ－ｏｆｆ?ｖａｌｖｅ??采用自動劃分方法對截止閥進行網格劃分，利用ＡＮＳＹＳｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中的Ｍｏｄａｌ模??塊對截止閥本身固有特征頻率進行計算。由于截止閥兩端管道通過法蘭與截止閥相連，??因此兩端施加固定約束邊界條件對閥模態(tài)進行計算。邊界條件設置如圖２．３所示：??■■■■■■■??｛ＸＩ?Ｆｉｘ？ｄ?Ｓａｐｐｏｒｔ?????困?一一??玷：〗、＿壓＾議?§??圖２．３截止閥模態(tài)計算??Ｆｉｇ．?２．３?Ｍｏｄａｌ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｕｔ－ｏｆｆ?ｖａｌｖｅ??如圖２．４所示，是截止閥在２５％相對開度條件下計算的前１０階固有其頻率。如圖??２．５所示是截止閥前４階振型示意圖。從圖２．４中可以看出，截止閥結構第１階固有頻率??為２４．８Ｈｚ，第２階固有頻率為２７．３Ｈｚ，第３階為８６Ｈｚ，第４階到第１０階大于１００Ｈｚ。??從振型圖圖２．５上看，１階２階固有模態(tài)振型振動最劇烈位置是在閥門執(zhí)行器處，振型??是在安裝平面內平行與水平面和垂直于水平面方向的振動，３階４階振型振動最大位置??

（ａ）ｔｈｉｒｄ?ｍｏｄａｌ?ｓｈａｐｅ?（ａ）ｆｏｕｒｔｈ?ｍｏｄａｌ?ｓｈａｐｅ??圖２．５截止閥前４階振型??Ｆｉｇ．?２．５?Ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?４?ｏｒｄｅｒ?ｍｏｄｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｕｔ－ｏｆｆ?ｖａｌｖｅ??２．３．２管道系統(tǒng)模態(tài)計算及結果分析??管道系統(tǒng)模型如圖２．６所示，在４部位是一個止回閥，為了方便計算研究在此位置??用相同質量的質量塊代替止回閥，止回閥質量為１．Ｉｔ。按照實際管道所受約束確定其計??算時約束情況：１位置和泵相連施加固定約束；２位置約束垂直與地面方向位移；５位置??添加彈簧，彈簧剛度為６．０７ｅ６Ｎ／ｍ；７位置和總系統(tǒng)回路相連，施加固定約束，模態(tài)計算??約束情況與實際管道系統(tǒng)所受約束對照如圖２．６所示：??對管道系統(tǒng)整體進行自動網格劃分，為了保證效率同時不降低精度進行計算，因此??依次劃分數(shù)量從３萬到２０萬的網格，研究網格數(shù)量對計算精度影響。如圖２．８所示是隨??
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 江帆;岳鵬飛;黎斯杰;肖納;;高黏石油管道球閥內油水環(huán)狀流數(shù)值模擬[J];油氣儲運;2017年07期

2 張希恒;焦元陽;黃婉茹;馮明;;船用閥門振動諧響應分析及閥蓋結構優(yōu)化[J];石油化工設備;2016年05期

3 劉麗;張小斌;邱利民;;大流量氣體管道中閥門誘發(fā)振動機理研究[J];低溫工程;2016年04期

4 張生樂;賈曉丹;潘國雄;劉洋;;直通截止閥流場與噪聲數(shù)值分析[J];艦船科學技術;2016年13期

5 孫丹鳳;馬詠梅;馮成德;孫四中;;氣力輸送管道固有頻率及共振分析[J];機械設計與制造工程;2015年10期

6 胡士光;沈小要;;核電廠管道振動原因分析及對策[J];噪聲與振動控制;2015年03期

7 楊國強;李志鵬;;基于Fluent的球閥內部流場的仿真模擬及研究[J];機械科學與技術;2014年12期

8 裴潤有;梁桂海;白金亮;郝堅;;智能化工業(yè)閥門質量檢驗裝置的研究與應用[J];石油工業(yè)技術監(jiān)督;2014年03期

9 沈偉鋼;于文婕;;我國閥門行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];科技資訊;2013年17期

10 張紫龍;唐敏;倪樵;;非線性彈性地基上懸臂輸流管的受迫振動[J];振動與沖擊;2013年10期

相關博士學位論文 前1條

1 張穎;閥門氣體內漏的聲學特性及量化檢測技術研究[D];大慶石油學院;2007年

相關碩士學位論文 前6條

1 趙志琦;直通式截止閥的流場分析對比與試驗研究[D];蘭州理工大學;2016年

2 錢振超;基于FW-H方程風力機旋轉葉片噪聲的預測[D];南京航空航天大學;2013年

3 劉利杰;某調節(jié)閥的氣動噪聲研究[D];哈爾濱工程大學;2013年

4 孟堃宇;基于大渦模擬的潛艇脈動壓力與流噪聲性能數(shù)值計算[D];上海交通大學;2011年

5 楊曉芳;直升機前飛時旋翼旋轉噪聲計算與分析[D];南京航空航天大學;2009年

6 韓寧;應用Fluent研究閥門內部流場[D];武漢大學;2005年

本文編號：2836702