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安全阀水压化是煤矿液压支架水压化的关键,是推进煤矿绿色开采的前提之一。但水介质汽化压力高的理化特性,使得液压元件节流口处容易发生气蚀破坏,特别是在煤矿设备高压大流量的工况下,气蚀更为明显,这严重制约着水液压技术在煤矿设备中的发展。而节流口处压降过大,则会引起压力波动,导致振动产生噪音,影响的动态性能。论文以水液压支架安全阀为研究对象,并以水作为工作介质,为解决其存在的气蚀问题,从结构优化入手,研究不同结构参数对阀腔气蚀分布的影响。同时基于气蚀研究结果,分析不同参数对阀动态性能的影响。主要研究内容有:(1)根据传统液压支架安全阀的结构特性,计算关键几何尺寸,构建阀腔多相流模型,应用Fluent进行网格独立性验证,当网格数量达到17万后,计算结果基本不变;分析阀腔压力、速度、气相、湍动能的分布情况。从分压角度考虑,设计双排阀口结构,在相同条件下仿真,并与传统安全阀作比较,发现阀腔负压区域减小,最大气相体积分数降低,后续研究基于双排阀口结构更为合理。(2)基于气蚀发生机理,研究阀口个数、孔间距以及孔径对阀腔压力与气相分布的影响。随着阀口个数以及孔径的增加,阀腔最大气相体积分数降低,压力分布更加均匀;当孔间距增加时,阀腔最大气相体积分数呈先减少后增加的变化规律。优化参数后,最大气相体积分数较传统安全阀降低了 19.4%。同时研究了不同开口度下双排阀口启动次序对气蚀的影响。双排阀口同步启动时,阀芯在移动过程中产生气蚀的范围最大、时间最长;阀口 1先开时,发生气蚀范围减小;阀口2先开时,阀腔气蚀范围进一步减小,抗气蚀性能最好。(3)基于所研究安全阀双排阀口和并联式双弹簧的结构特性,对作用面积与弹簧刚度做等效处理,应用AMESim对所研究安全阀进行动态分析,研究阀芯及其附件的等效质量、弹簧等效刚度、阀口个数、阀口直径、阀口重叠量对阀口压力和阀芯位移的影响。增大弹簧等效刚度,减小等效质量和阀口重叠量,可降低阀口压力,提高阀的稳定性。增大阀口个数和阀口直径可提高阀的稳定性,当阀口个数为16,阀口直径为1.4mm时,阀动态性能与阀的抗气蚀性能都达到最优。同时研究各参数间交互作用的影响,并取得最优参数组合。图[56]表[8]参[101]