节流管式调节阀动力学特性研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:littleshrimp1
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传统的电动调节阀驱动装置存在着体积庞大、能耗高、响应特性慢等缺点,节流管式调节阀是一种利用介质压差来驱动阀瓣的新型调节阀,具有智能化程度高、驱动电机功率小等优点,在核能领域具有广阔的应用前景。但目前针对这种全新机制的调节阀的动力学原理、基本结构特性、动态特性等尚未有系统性的研究。有鉴于此,本文建立了调节阀三维流道模型,利用Fluent软件对阀门的流场分布、流量特性、可变节流口特性、电机功耗和动态特性进行了研究。  首先,建立了节流管式调节阀的三维几何模型,切出流道,然后选择合适的网格划分方案以保证网格无关性。针对阀门的特点选用合适的湍流模型、离散格式、求解算法和边界条件,对阀门进行了稳态数值计算,得到了阀门的固有流量特性、阻力特性和流场分布。  其次,研究了阀门主要的驱动力—活塞上下表面的压差力与可变节流口间隙之间的关系,发现压差力随着间隙的减小而增大,还研究了进出口压差对压差力的影响。在此基础上,根据机械传动关系和节流端面的受力研究了不同压差、不同间隙时驱动电机的功耗,并与普通调节阀进行了对比,本调节阀的电机功耗只有常规调节阀的15%,节能效果显著。并提出了“功控比”这一无量纲数,用来衡量不同调节阀的安全性和能量经济性。  再次,根据以上的研究结果,建立了阀瓣受力微分方程,根据这一方程的差分形式编写了 UDF程序,配合 Fluent软件的动网格技术来模拟阀瓣的运动过程。通过瞬态模拟的手段得到了在阀瓣运动过程中不同的节流管运动速度和不同的弹簧刚度对调节阀动态特性的影响情况。  本文的研究成果对于节流管式调节阀以后的的性能改进和结构优化具有一定的指导意义。
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