针对高温高压大排量下先导式蒸汽疏水阀内流体作用下阀芯组件振动强烈的问题,运用顺序耦合法研究了流固耦合和弹簧力预应力作用下先导式疏水阀阀芯组件动力学特性.建立静态与预应力条件的阀芯组件动力学方程,采用ANSYS/Workbench有限元软件,计算阀芯组件的频率和振型;探讨了不同细长比、不同约束方式对阀芯组件模态的影响趋势.结果表明在预应力作用下,阀芯组件频率与振型的变化不大;阀芯直径越大,其模态频率越大;采用一端固定一端自由约束时其频率最小,两端固定约束时频率最大.

针对在高压差工况下汽机旁路调节阀噪声存在超出工业噪声允许范围的问题,采用混合仿真的方法对汽机旁路调节阀的流场和声场进行数值仿真计算,对汽机旁路调节阀进行CFD稳态和瞬态流场计算,找出产生噪声与振动的流场诱因。采用声流固单向耦合边界元法和IEC 60534-8-3标准理论预测方法分析汽机旁路调节阀阀后管壁外1 m处的噪声。结果表明,数值模拟与理论计算结果均满足标准规定噪声要求且相差仅为0.94 dB(A),验证了噪声数值模拟方法的有效性,可指导高压差调节阀的噪声研究。

为了解决动态流量平衡阀流量控制精度无法达到要求的问题,建立了动态流量平衡阀动力学模型以及阀芯运动方程,数值模拟了相同口径和不同口径平衡阀阀芯处于不同位移下的三维流场模型,对比试验与数值模拟的阀芯位移误差和压差位移流量特性曲线,获得了线弹性不等值力变化规律,确定了不等值力修正系数,并优化了开孔型线.研究结果表明通过引入线弹性不等值力修正系数,优化阀芯可变开孔后,减小了阀芯实际位移与理论位移间的误差,使试验与数值模拟的流量特性曲线趋于一致,并使流量控制精度满足±5%的误差要求.

针对国内外动态流量平衡阀产品流量控制精度无法满足±5%误差范围要求的问题,从同心环状缝隙流理论出发,推导阀芯开孔型线改进设计计算公式.运用计算流体力学(CFD)技术模拟计算初步设计开孔型线下的流量大小,并通过试验加以验证.在此基础上考虑开孔型线改进设计公式中流量系数以及阀芯开孔的结构形式对流量大小的影响,提出2种改善流量控制精度的阀芯开孔型线优化设计方法,并结合仿真模拟及试验对优化结果进行分析.结果表明,初步设计开孔型线的流量控制精度为±16.7%,流量系数优化后整体流量控制精度提高至±9.1%,阀芯开孔结构形式优化后流量控制精度得到了进一步改善且最终达到±4.2%的误差范围.优化结果验证了该优化设计方法的有效性,为今后阀芯开孔型线的设计提供了参考.

为准确评估动态升温过程中结构是否安全,基于经典赫兹接触理论、旋转动力学以及碰撞冲击理论,采用数值仿真方法对快关蝶阀分别进行瞬态热-结构耦合分析与瞬态动力学分析研究,对比研究了不同升温速率、不同关闭时间及不同密封面宽度对快关蝶阀结构强度及阀座密封性能的影响规律。研究表明:快关蝶阀的最终热应力和阀座密封面接触压力均随着升温速率的增大而增大,当阀门内壁升温速率小于0.225℃/s时,阀门的结构强度及密封可满足要求;分析快关蝶阀瞬间冲击速度以及快关过程总位移量,并与理论推导得出的数值对比,误差均在5%以内,快关冲击对蝶阀蝶板的影响程度大于阀座,进一步研究得出了冲击速度、撞击面积关键参数对阀门冲击的影响规律。

针对高压降套筒式蒸汽疏水阀节流内件无法针精确设计和选用，并产生强烈振动的问题，基于直接边界元法对不同降压级数、节流孔径的疏水阀模型进行流激振动数值模拟研究，得到疏水阀不同开度下监测点处的振动频谱曲线及总振级随阀门开度变化规律。分析结果表明：不同开度下蒸汽疏水阀流激振动频谱特性由阀内节流件结构决定，受开度变化影响很小；在额定流量和额定压差不变情况下，总振级随降压级数增加而降低，但振动频谱特性基本不变，随节流孔径减小，总振级显著降低，且振动主要成分向50～500 Hz频率范围集中，为阀内节流件设计时避免流激共振提供参考，考虑节流套筒开孔时加工特点，节流孔径应取4～5 mm；实际使用中，为降低振动应尽量使疏水阀在中间开度下工作。

探讨了GB／T12251-2005和ISO7841-1988中有关蒸汽疏水阀蒸汽泄漏量的试验方案，以工程热力学为基础分析了两种试验方案的数学模型，提出了GB12251-2005与ISO7841-1988的不同以及GB12251-2005中存在的问题。

针对高压差下调节阀内的闪蒸空化引起的强振动和高噪声问题，设计了一种消声减振套筒，并对其级数、级间隙和孔径大小进行研究。首先从理论上确定套筒的级数和级间隙，然后建立三维模型，以连续性方程、三维雷诺平均N—S方程和基于各向同性涡粘性理论的k-ε方程组成调节阀内部流动数值模拟的控制方程组，采用结构与非结构网格相结合有限体积法对控制方程组进行离散，应用Fluent对各参数套筒结构调节阀内部流动进行数值模拟计算。结果表明，理论初步确定套筒级数的可行性；适当增大级间间隙与减小孔径大小，有利于高压差调节阀的消声减振，为高压差调节阀的设计提供参考。

为保障核二级波纹管截止阀的高安全可靠性,波纹管元件需实现阀杆密封处的零泄漏,其结构强度及疲劳寿命可靠性的研究就显得尤为重要。基于材料、结构及边界条件非线性理论,通过ANSYS Workbench有限元软件对核二级波纹管截止阀用U型波纹管在分别承受外压、拉压位移载荷及外压和拉压位移载荷共同作用下波纹管结构强度及疲劳可靠性问题进行分析,分别研究了波纹管的间隙和拉压位移对波纹管结构强度和疲劳寿命的影响。结果表明:较小的层间距应力值相对较小,疲劳寿命更高;拉压位移载荷对疲劳寿命的影响较大,使用过程中要严格控制;通过研究阀用波纹管的强度及疲劳可靠性为截止阀用波纹管的制造和使用提供了参考。

振动问题严重影响着压缩机管路系统的长周期安全运行。针对往复式压缩机管道振动问题,基于ANSYS有限元分析软件对振动剧烈的管路进行流体压力脉动计算与流固耦合模态分析。结果表明,诱发管路振动的主要原因是流体压力脉动频率和管道机械固有频率均落在了压缩机激振频率共振区内,增加防震管托的解决方案可以在一定程度上减弱管道振动,经对比不同约束位置的模态分析结果,确定了最合理的约束位置。