高温高压先导式过热蒸汽疏水阀消声减振分析研究

【摘要】：本论文是在科技部科技人员服务企业项目(编号:2009GJG10005)支持下完成。蒸汽疏水阀是保障蒸汽系统(加热设备或蒸汽管网)正常工作、凝结水回收利用、节约能源的重要自力式控制类阀门。其主要功能是阻汽通水排空气。由于能源问题和工业规模的扩大,工业生产呈现大容量、高参数、高效低耗的趋势,蒸汽疏水阀已应用于超临界、超超临界核电站,高温高压下的过热蒸汽疏水阀的主要作用是排除过热度达不到要求的过热或饱和蒸汽,其阀内流体介质的流动是典型的高速湍流流动,诱发流体振动,同时产生强烈的噪声,最终导致阀门部件磨损。针对这一状况,以甘肃红峰机械有限责任公司生产的过热蒸汽疏水阀为研究对象,进行了以下一系列的研究,为设计出具有消声减振且性能优良的蒸汽疏水阀提供了可靠的理论依据。 运用CFD软件FLUENT前处理器GAMBIT,根据过热蒸汽疏水阀内部的几何结构和流场特性,建立了过热蒸汽疏水阀内部流场的二维网格模型,利用数值计算对其流道内的二维湍流流场进行模拟分析。基于时均化流场计算和大涡模拟两种方法,分析了湍流流场的压力分布、速度分布及涡流强度分布和特性,研究了过热蒸汽疏水阀内部的流动规律。找出产生振动与噪声的流场诱因。 在流场分析的基础上,通过FLUENT软件中FW-H气动声学模型对过热蒸汽疏水阀的汽流声场进行频谱分析,得到了湍流流场的压力脉动曲线图及确定了噪声的频谱范围。 结合过热蒸汽疏水阀流场分析及噪声的频谱特性,同时利用节流降压的消声原理设计了节流降压消声器。在消声器的设计过程中选择了合适的消声器结构,并对消声器的结构尺寸进行合理设计,使其不仅满足节省材料、减小体积,同时满足降噪的目的。其次对消声器进行了频谱分析,对照过热蒸汽疏水阀噪声的频谱分析图,得出消声器频谱模拟的降噪量试验结果与理论计算相吻合。 利用有限元软件ANSYS对消声器进行有限元模态分析,在ANSYS软件中,采用Structural Shell 93单元类型及智能网格对节流降压消声器模型进行网格划分,计算得到消声器的前N阶固有频率和模态振型,进而判断出所设计的消声器满足要求。