【摘要】：自流減壓供水方式常用于高水頭電站,其中減壓閥是系統(tǒng)中重要的部件。減壓閥主要作用是將進(jìn)口流體壓力降低至出口壓力,其實(shí)質(zhì)是一個(gè)短距離內(nèi)大量能量的損耗過(guò)程,因此產(chǎn)生噪聲是無(wú)法避免的。噪聲對(duì)人的身體健康有害,還會(huì)引起減壓閥結(jié)構(gòu)振動(dòng),甚至發(fā)生共振造成破壞。因此,為了提高減壓閥的綜合性能,如何降低噪聲制造性能良好的減壓閥是一個(gè)重要的研究點(diǎn)。本文采用流場(chǎng)模擬、模態(tài)計(jì)算和內(nèi)外聲場(chǎng)數(shù)值研究等方法針對(duì)某型號(hào)自流減壓閥供水減壓閥流致噪聲問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值研究,分析了減壓閥內(nèi)部流動(dòng)、壓力脈動(dòng)、模態(tài)及內(nèi)外聲場(chǎng)特性,提出了給閥芯背部安裝整流罩,來(lái)達(dá)到降低流致噪聲的目的。首先,對(duì)減壓閥的內(nèi)部流動(dòng)情況做了詳細(xì)研究。研究結(jié)果表明:在減壓閥低壓腔出現(xiàn)了大量的大尺度漩渦,低壓腔的流場(chǎng)十分紊亂,由渦引起的非定常流動(dòng)是誘導(dǎo)產(chǎn)生流致噪聲的主要原因之一;此外,過(guò)流斷面處壓力梯度變化較大,也是引起流場(chǎng)不良流動(dòng)進(jìn)而產(chǎn)生流致噪聲的原因。第二,對(duì)減壓閥流場(chǎng)進(jìn)行了瞬態(tài)計(jì)算,主要針對(duì)壓力脈動(dòng)做了研究。研究結(jié)果表明:不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的壓力脈動(dòng)主頻基本不相同,說(shuō)明減壓閥流場(chǎng)流動(dòng)狀態(tài)雜亂無(wú)章,脈動(dòng)呈現(xiàn)隨機(jī)性。其中,閥芯處的監(jiān)測(cè)點(diǎn)整體壓力脈動(dòng)幅值較大,因此該處誘導(dǎo)噪聲的能力最強(qiáng);低壓腔管壁處壓力脈動(dòng)幅值次高;隔板處壓力脈動(dòng)幅值最低,對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)應(yīng)該最弱。期間還進(jìn)行了減壓閥殼體模態(tài)分析,結(jié)合壓力脈動(dòng)分析,發(fā)現(xiàn)不會(huì)出現(xiàn)共振的情況。然后,為了找到噪聲貢獻(xiàn)量較大的部位,分別計(jì)算閥芯偶極子聲源、低壓腔管壁偶極子聲源以及隔板偶極子聲源所對(duì)應(yīng)的內(nèi)聲場(chǎng)。對(duì)內(nèi)聲場(chǎng)分布和頻率響應(yīng)分析,結(jié)果表明:閥芯偶極子對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)量最大,低壓腔管壁偶極子對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)量次之,隔板偶極子對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)量最小,該結(jié)果與壓力脈動(dòng)計(jì)算時(shí)所做的預(yù)估結(jié)果一致。此外,根據(jù)噪聲有效值計(jì)算結(jié)果,閥芯、隔板和低壓腔管壁對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)量不可忽略,在計(jì)算減壓閥外輻射聲場(chǎng)時(shí)這幾個(gè)部位的偶極子聲源都要考慮。第四,利用間接邊界元方法,考慮殼模態(tài)影響的情況下對(duì)減壓閥外輻射聲場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明:減壓閥外聲場(chǎng)頻譜有明顯的主頻,頻率點(diǎn)為85Hz;減壓閥外輻射聲場(chǎng)低頻噪聲為主導(dǎo),低頻時(shí)噪聲能量大,傳播能力強(qiáng);對(duì)平面場(chǎng)點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn),噪聲較大區(qū)域主要集中在低壓腔管壁附近;對(duì)外聲場(chǎng)指向性研究發(fā)現(xiàn)減壓閥外輻射聲場(chǎng)的偶極子特性比較明顯。在內(nèi)外聲場(chǎng)的研究基礎(chǔ)上,提出閥芯背部安裝整流罩的方案來(lái)進(jìn)行減噪優(yōu)化。優(yōu)化后,減壓閥流場(chǎng)有了一定程度的改善,大尺度渦的數(shù)量明顯減少;分析外輻射噪聲頻譜和平面場(chǎng)點(diǎn)分布情況,發(fā)現(xiàn)噪聲有了比較明顯的降低,最大降低了 10dB左右。
【圖文】：

根據(jù)圖紙對(duì)減壓閥進(jìn)行三維建模。因?yàn)閷?duì)減壓閥進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算時(shí)閥體壁厚、底座、螺栓孔及調(diào)節(jié)裝置等結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果無(wú)影響，所以在建模過(guò)程中忽略了這部分結(jié)構(gòu)。減壓閥三維建模剖面圖以?xún)?nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2減壓閥三維建模剖面圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.3-2 Three-dimensional modeling profile and internal structure diagram of pressure reducing valve該模型是按照實(shí)際尺寸以1:1的比例進(jìn)行建模，其基本性能參數(shù)如表3-1所示。

西安理工大學(xué)學(xué)位碩士論文表3-1減壓閥基本性能參數(shù)Table.3-1 Basic performance parameters of pressure reducing valve參數(shù)名稱(chēng) 參數(shù)值標(biāo)稱(chēng)直徑（DN） 450mm標(biāo)稱(chēng)壓力（PN） 2.5MPa進(jìn)口壓力（PN1） 1.56~2MPa出口壓力（PN2） 0.6MPa流量（Q） 1600m3/h3.2 網(wǎng)格劃分及邊界條件3.2.1 網(wǎng)格劃分采用 CFX 軟件模擬減壓閥三維流場(chǎng)，流場(chǎng)計(jì)算域包括減壓閥前進(jìn)水管和減壓閥后出水管，如圖 3-3 所示。為了使減壓閥內(nèi)部流態(tài)穩(wěn)定，在減壓閥前后各加上足夠長(zhǎng)的管道，一般取 5～10DN，本文前后管分別取了 10DN。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TV738

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2666595