多级套筒调节阀消声减振元件设计研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)重庆川仪调节阀有限公司 作者:王燕

  针对高压差下调节阀内的闪蒸空化引起的强振动和高噪声问题,设计了一种消声减振套筒,并对其级数、级间隙和孔径大小进行研究。首先从理论上确定套筒的级数和级间隙,然后建立三维模型,以连续性方程、三维雷诺平均N-S方程和基于各向同性涡粘性理论的k-ε方程组成调节阀内部流动数值模拟的控制方程组,采用结构与非结构网格相结合有限体积法对控制方程组进行离散,应用Fluent 对各参数套筒结构调节阀内部流动进行数值模拟计算。结果表明,理论初步确定套筒级数的可行性; 适当增大级间间隙与减小孔径大小,有利于高压差节阀的消声减振,为高压差调节阀的设计提供参考。

1、前言

  目前,随着石油、化工、冶金、电力工业的迅速发展,工艺水平的日渐提高,对其流体的控制部件———调节阀的要求也越来越高。尤其在高压差的条件下,普通的调节阀很难将阀前的高压力下降到阀后所满足的压力,即使满足了所需的压力降,也很难满足调节阀的流量需求。此外,高速流体的直接冲刷,可压缩流体产生的高噪声,不可压缩流体的闪蒸和空化引起的气蚀、强振动及高噪声,均对阀内件造成巨大的破坏,严重影响调节阀的工作性能、使用寿命及阀连接管路系统的安全,构成安全隐患。因此,了解调节阀内部流动特性和消声减振是调节阀设计与应用中必须注重的问题。

  多级降压套筒调节阀采用多级套筒结构,其结构原理如图1 所示。该调节阀中,流体通过多个节流截面,压降被分摊到一连串的流通口上,也就是流体每过一个节流面遇到流动阻力分担一部分压差,降低了流体流速,对于可压缩性流体可有效地降低噪声,对于不可压缩性流体可以防止闪蒸、空化,起到降低噪声、减小振动的作用。因此,多级降压套筒调节阀可满足高温、高压差等非常苛刻工况下的流体控制,并可以确保精确控制及较长的工作寿命。

多级套筒式调节阀结构原理示意

图1 多级套筒式调节阀结构原理示意

  现有的调节阀消声减振研究大都只是提出加多级套筒可以起到消声减振作用,但对于多级套筒结构的各参数的确定、各参数对阀内部流场影响等未作详细研究。因此本文在多级降压理论的基础上,确定多级套筒的级数,并通过理论与数值模拟相结合研究级数的确定,级间间隙、孔径大小对调节阀内部流体流动特性的影响,为具有消声减振且性能优良的高压差调节阀的设计提供可靠依据。

6、多级降压套筒孔径分析

  对相同结构的多级降压套筒调节阀,定义孔径分别为5mm、6mm,进行流场分析,结果如图9~ 12。

孔径5mm 时压力分布云图

图9 孔径5mm 时压力分布云图

孔径5mm 时速度分布云图

图10 孔径5mm 时速度分布云图

孔径6mm 时压力分布云图

图11 孔径6mm 时压力分布云图

孔径6mm 时速度分布云图

图12 孔径6mm 时速度分布云图

  在总节流面积相同时,从图9、11 可知,适当减小孔的直径,有利于增加每级套筒的压降; 从图10、12 可知,适当减小孔的直径有利于降低套筒内部最大流速,有利于降低噪声、减小振动。

7、结论

  (1) 通过图2 流程确定了DN150多级套筒调节阀满足所需压降的套筒级数。通过数值模拟,压力分布合理,流量满足需求,验证了该计算流程的可行性;

  (2) 通过理论公式及数值模拟,得出在调节阀内部空间允许的情况下,适当增加套筒间的间隙,有利于套筒内部压力平缓的降低,有利于套筒内部流速的降低,从而起到更好的消声减振效果;

  (3) 通过数值模拟,得出在套筒强度允许和总节流面积相等的情况下,适当减小孔的直径,每级套筒的压降增加,套筒内部最大流速降低,有利于降低噪声、减小振动。

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