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基于先导控制的新型截止阀启闭特性的研究

王建凯  
【摘要】:基于先导控制的截止阀是一种利用介质压差实现启闭的新型阀门,具有结构简单、驱动能耗低、启闭快速等特点。但目前尚缺乏系统的理论研究、数值分析和试验验证,尤其在启闭特性方面缺少相关研究,而启闭特性的优劣关系直接影响阀门整体性能的体现,甚至影响整个管路系统的稳定性和安全性。为此本文采用数值模拟和实验研究相结合的方法,对先导式截止阀的流场特性、阀芯受力和运动特性以及弹簧选型等进行研究。主要研究内容和研究成果如下: 1、通过先导式截止阀的稳态研究,初步验证了利用压差启闭原理的可行性和阀门结构的合理性;研究了不同条件对稳态流场的影响;分析了稳态压差液动力,为动态模拟奠定了基础。 2、建立了阀芯受力方程和运动方程,并以此为依据编写了UDF程序,使新型先导式截止阀的动态模拟成为可能,为此类阀门的数值模拟奠定了基础。 3、描述了先导式截止阀动态启闭过程,通过分析启闭时阀门流场和阀芯受力、位移及速度随时间的变化,对阀门的动态启闭过程有了更加全面和清晰的认识;研究了不同条件对动态启闭流场特性的影响,分别总结了开启和关闭时,不同入口压力、弹簧刚度和先导时间对阀门内部流场变化所产生的规律,为先导式截止阀的应用和设计具有指导作用;揭示了不同条件对阀芯运动特性的影响,分别总结了开启和关闭时,不同入口压力、弹簧刚度和先导时间对阀芯运动过程、阀芯稳定位移和阀芯启闭时间的规律,为先导式截止阀启闭过程的进一步优化奠定了基础。 4、归纳了弹簧初步选型公式,并针对此公式进行实验研究。一方面通过实验数据得到规律,验证了数值模拟定性分析的正确性;另一方面对比实验数据与模拟数据,也证明了数值模拟定量分析的合理性。修正后的选型公式减少了设计时的盲目性,提高了设计的效率。 本文研究成果对基于先导控制的新型截止阀的优化、设计以及工程应用具有重要的学术意义和工程应用价值。


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