针对笼套式节流阀在生产中的气动噪声问题,采用大涡模拟(LES)及气动声学模型(Acoustics)对笼套式节流阀流场及声场进行模拟计算,分析了节流阀气动噪声的产生机理。研究结果表明:在节流小孔处流道结构发生突变,导致气体通过小孔后的流场变得极度紊乱,并产生剧烈的速度、压力脉动,从而形成了强烈的湍流噪声;流场中气体的最大速度为1.69Ma时,捕捉到流场出现明显的激波结构,激波和射流的相互作用将产生大尺度的湍流结构和激波噪声。基于流场仿真结果对阀门的结构进行了改进,提出一种新型内流道结构,并在实际生产应用中验证了其降噪的可行性。

针对影响金属平面气密封性能的因素进行探究,设计了金属平面气密封性能试验装置,探究了表面粗糙度和密封脂黏度对金属平面气密封性能的影响规律。结果表明,随着金属粗糙度降低,金属平面气密封能力逐渐增强,且金属粗糙度越低,降低同样的粗糙度金属密封效果提升的越少。涂抹密封脂对金属平面气密封性能提升显著,相似黏度为872 Pa·s的润滑脂密封效果略优于相似黏度为235 Pa·s黄油的密封效果。研究结果对于金属平面气密封金属粗糙度的选择和密封脂的选取具有一定的参考价值。

环形平面金属密封是采气树闸板阀的重要密封部位,其密封性能直接影响采气效率。为研制超高压环境下使用的环形平面金属密封,优选出不锈钢718作为密封材料,并通过试验得出满足金属密封密封条件所需最小接触应力与压力之间的关系。将最小接触应力代入建立的金属密封内阀座-闸板有限元模型,分析座端面直径、金属密封密封面宽度对密封性能的影响,以及不同温度条件下的接触应力分布。仿真结果表明:内阀座端面直径越大,金属密封的可靠性越高;密封面宽度对密封性能无明显影响。对研制的环形平面金属密封的超高压试验,结果显示,在140 MPa压力下其仍能保持良好的密封性能,验证该金属密封在超高压情况下使用的可靠性。

针对天然气井口节流阀阀杆柱塞被拔出这一失效问题,基于有限元仿真软件并结合实际工况,对阀杆与柱塞过盈配合的热装过程进行理论和仿真分析,并运用控制单一变量的实验方法分别对不同屈服强度的材料、配合长度、阀杆与柱塞的配合直径、过盈量和摩擦系数等因素进行仿真模拟,讨论各因素对过盈结合力的影响。研究结果表明在影响因素中,材料的屈服强度、配合长度和配合面的粗糙程度都与结合力有较好的线性正相关;而配合直径在由小变大的过程中,结合力呈抛物线变化;过盈量在由小变大的过程中,过盈结合力随过盈量的增加而增大,当过盈量达到0.18mm后,结合力趋于稳定不变。基于仿真结果设计的阀杆与柱塞在实际应用中效果较好。