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.

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。

针对超(超)临界疏水阀开启过程中管道水锤振动问题,采用特征线法对阀控管道水锤瞬变模型进行了数值计算,运用Matlab求解得到了疏水阀在不同流量特性、不同节流效应下开启时管道中流量和水锤压头的时域曲线。研究表明:选用等百分比流量特性的疏水阀,可以减缓阀开启时阀后管道的水锤现象,同时节流效应对疏水阀开启时阀后管道水锤的影响显著,节流越明显,管道中水锤压头幅值越小,水锤波动趋势也越缓和。研究结果为抑制管路水锤与冲击设计提供理论参考。

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。