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  • 进口压力平衡式笼式调节阀的振动性能试验研究-进口压力平衡式笼式调节阀结构
    发布日期:2017-5-11


    进口压力平衡式笼式调节阀的特殊结构,以及其易于更换流量型线的优良特性。并对该阀的振动性能进行了试验研究,探讨引起振动的原因,并对各种可能引起调节阀振动的原因采取相应的优化措施。

    关键字:进口压力平衡式笼式调节阀

    进口自力式调节阀http://www.dghwvalve.com/all_html/pro_show.asp?ID=778

    一、前言

    压力平衡式笼式调节阀在流体机械、石化工业中应用广泛。压力平衡式笼式调节阀是一种双导向型笼式调节阀,阀芯采用低噪声平衡型结构,除具有压力平衡式单座调节阀的特点外,更适合用于闪蒸、空化等条件苛刻的场合。由于压力平衡式笼式调节阀阀腔内部的结构复杂,引起流道的复杂变化,流体流动不稳导致流体激振,表现在工程应用中,引起阀杆的剧烈振动,甚至于导致阀杆断裂,所以长期以来,阀门的振动一直深受电厂和制造厂的重视。研究和分析压力平衡式调节阀的振动性能,对科学研究和工程实际都具有重要意义。

    二、调节阀结构

    压力平衡式笼式调节阀采用了双阀芯结构,内部的预启阀能够平衡阀内流体压力,利于在压力较大的工况中使用。阀腔内安装有套筒,根据套筒开窗面积的变化流量特性随之改变,同时套筒和阀盖对阀芯阀杆运动组件具有双重导向作用。压力平衡式笼式调节阀的结构如图1所示。试验中所采用的原型阀口径为DN100×65,公称压力为PN16,流量特性为等百分比流量特性。额定CV值为68,行程为38mm。

    图1 压力平衡式笼式调节阀结构

    图2为各种不同流量特性的套筒,从左到右依次为快开、线性、等百分比流量特性套筒。在工程实际中根据需要可以临时更换套筒,以改变流量特性,使得同一笼式调节阀可具有多种流量特性。

    图2 流量特性套筒

    三、研究方案

    根据现有技术手段,制作透明的调节阀模型,加工比例为1∶1。在试验台搭建好之后,将透明阀加装到试验系统中并通过调节阀门的不同工况来触发其振动,观察阀门产生振动时流场情况。在试验条件达到的情况下,可采用PIV技术(粒子图像测速法)监测流场,PIV技术是一种基于流场图像相关分析的二维流场非接触式测试技术。

    在观察流场的同时,采用微型动态传感器,测量调节阀振动参数和阀腔内部关键点的脉动压力参数,并进行数据分析。建立调节阀的物理和数学模型,利用ANSYS软件进行流固耦合处理,对流场和压力场进行数值计算。然后对数值计算与试验结构进行拟合程度分析比较,判断数学模型是否合适,并进行相应调整。

    对经过拟合程度检验后的数值计算的结果进行分析,找出调节阀激振发生的原因和振荡产生的条件。在计算机上对调节阀模型进行结构优化处理并进行计算,结合计算结果进行结构参数的优化。然后对优化效果进行试验检验,达到设计要求后,对改进的调节阀进行流量特性、阻力特性和稳定性研究,完成调节阀的振动性能测试及优化。

    四、试验台

    试验台包括水泵、压力水箱、压力表、差压流量计、试验样阀、调压V形球阀、量筒、阀室内部关键点上加装的动态测量传感器和阀杆上安装的三相振动传感器。试验台的构成如图3所示。

    图3 试验台

    1.量筒2.调压V形阀3、6、7、8、11.截止阀

    4.试验阀5.差压流量计9.压力表10.水泵

    五、调节阀振动原因分析以及优化措施

    根据调节阀的各种不同振动现象进行有针对性的优化,其中主要包括强迫振动和共振,此外还有因为安装或者使用不当造成的调节阀的振动。

    1)对于各种脉动压力和以固定频率脱落的漩涡引起的振动,可以通过改变阀杆阀芯或套筒的质量以改变它们的自振频率,从而可以有效避免共振的产生。

    2)调节阀的阀杆出现剧烈的横向振动,可能是调节阀中的套筒窗口设计的不合理,导致阀腔内部流场紊乱,通过套筒窗口的冲击射流能量不同,引起的横向不平衡力造成。

    3)如果调节阀的阀杆出现大幅的上下窜动,也可能是调节阀内弹簧的刚度不够,可以靠增加弹簧的刚度来消除振动。

    4)调节阀整体在管道上频繁振动,可以对引起振动的各管道和基座进行加固。

    5)在工程应用中,不能忽略调节器信号的影响。信号不稳定,调节阀摩擦力太小,那么调节阀在小信号下将作用不了,信号大时一经作用则会产生过头,使调节阀产生迟滞性振荡。应该采取相应的措施以减小信号调节器的影响。

    六、结语

    压力平衡式笼式调节阀结构特殊,应用范围广,能在较苛刻的场合中使用。但是正因为其内部结构的复杂性导致了流体激振问题严重,通过现代试验技术,能够了解各个工况下调节阀的振动性能,结合数值计算,找出流体激振原因并进行结构优化。同时针对工程应用中出现的比较多的振动现象,提出了解决措施。

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