摘要：  隨著石化工業(yè)的迅速進(jìn)展，流體媒介的輸送工況閃現(xiàn)出復(fù)雜化、多樣化的發(fā)展方向。調(diào)節(jié)閥在管線(xiàn)中起到節(jié)流扼制的關(guān)鍵效用。為此，對(duì)閥門(mén)結(jié)構(gòu)性能的要求也提到一個(gè)十分看得起的程度。為了增長(zhǎng)能

  隨著石化工業(yè)的迅速進(jìn)展，流體媒介的輸送工況閃現(xiàn)出復(fù)雜化、多樣化的發(fā)展方向。調(diào)節(jié)閥在管線(xiàn)中起到節(jié)流扼制的關(guān)鍵效用。為此，對(duì)閥門(mén)結(jié)構(gòu)性能的要求也提到一個(gè)十分看得起的程度。為了增長(zhǎng)能耗比，流體扼制設(shè)施逐層向大型化方向進(jìn)展，大口徑高壓差調(diào)節(jié)閥需要也越來(lái)越多。到現(xiàn)在為止，在閥經(jīng)營(yíng)零售的店面場(chǎng)領(lǐng)域中，國(guó)產(chǎn)大口徑高壓調(diào)節(jié)閥的出產(chǎn)提供遠(yuǎn)不可以滿(mǎn)意逐層提高的市場(chǎng)需要，尤其是針對(duì)特別工況的高壓閥，客戶(hù)端的視線(xiàn)多轉(zhuǎn)向進(jìn)口閥門(mén)。

  相形普通的調(diào)節(jié)閥，大口徑高壓差調(diào)節(jié)閥具備公稱(chēng)直徑較大、流量系數(shù)高以及隨同著較大壓差的獨(dú)特的地方。假如降壓結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)不符合理，不止不可以美好地滿(mǎn)意在場(chǎng)工況需要，并且會(huì)引動(dòng)較大的噪聲和振動(dòng)，對(duì)背景導(dǎo)致污染的同時(shí)，閥門(mén)的生存的年限也會(huì)大幅縮減。

  文中對(duì)本企業(yè)預(yù)設(shè)出產(chǎn)的一臺(tái)ANSI900、DN300高壓差調(diào)節(jié)閥的實(shí)際工況施行了摹擬計(jì)算，經(jīng)過(guò)不一樣結(jié)構(gòu)的噪聲衰減事情狀況剖析，提出了一種降壓結(jié)構(gòu)的優(yōu)化預(yù)設(shè)方案。

  1 高壓調(diào)節(jié)閥簡(jiǎn)介

  ANSI900、DN300調(diào)節(jié)閥參變量：公稱(chēng)直徑300mm，公稱(chēng)壓力ANSI900，流量系數(shù)Cv＝240，媒介為天然煤氣，媒介溫度40℃；閥前壓力p1＝9.35MPa，閥后壓力p2＝0.4MPa，壓差值p＝8.9MPa；閥體材質(zhì)為ASTMA216（WCC），相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)材料ZG270-485。

  計(jì)算參變量：計(jì)算壓力p按閥門(mén)公稱(chēng)壓力，取p＝15.0MPa，閥體中腔最大直徑Dn＝382mm，許用壓力[L]＝82.0MPa。

  2 閥體預(yù)設(shè)

  2.1 厚度預(yù)設(shè)

  閥體是閥門(mén)中最關(guān)緊的零件之一，功能如下所述：①作為辦公媒介的流動(dòng)通道。②承擔(dān)辦公媒介壓力、溫度、沖蝕和腐蝕。③閥體內(nèi)里構(gòu)成一個(gè)空間，設(shè)置閥座，以容受啟閉件、閥桿等零件。④閥體端部設(shè)置連署結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)意閥門(mén)與管道系統(tǒng)安裝運(yùn)用要求。⑤承擔(dān)閥門(mén)啟閉負(fù)荷和在安裝運(yùn)用過(guò)程中因溫度變動(dòng)、振蕩、水擊等影響所萌生的附帶加上負(fù)荷。⑥閥門(mén)總裝配的基礎(chǔ)。

  中、高壓閥體閥門(mén)壁厚認(rèn)為合適而使用以下公式計(jì)算：

  （1）

&青銅閥門(mén)emsp; 式中，S′B為閥門(mén)預(yù)設(shè)厚度；Dn為閥門(mén)計(jì)算內(nèi)徑，mm；p為計(jì)算壓力，［L］為材料在預(yù)設(shè)工況溫度下的許用拉應(yīng)力，MPa；c為附帶加上的裕量，mm。

  將p＝15.0MPa、Dn＝382mm、［L］＝82MPa、c＝10mm代入式（1），獲得S′B＝43mm。設(shè)定SB為閥體實(shí)際厚度，取SB＝48mm。

  2.2 壁厚證驗(yàn)

  為證驗(yàn)閥體在極限條件下的強(qiáng)度，用實(shí)際工況壓力來(lái)驗(yàn)算整個(gè)兒閥體內(nèi)腔壁厚。將p1＝9.35MPa帶入式（1），剩下參變量未變，獲得S≈30mm，小于閥體實(shí)際壁厚SB＝48mm。由此確認(rèn)，理論預(yù)設(shè)的壁厚滿(mǎn)意工況所需強(qiáng)度要求。

  依據(jù)開(kāi)始階段的預(yù)設(shè)樹(shù)立閥體板型，導(dǎo)入CFD軟件。參變量設(shè)置時(shí)將閥體法蘭兩端螺釘孔設(shè)為固定，在整個(gè)兒內(nèi)腔外表加載靜壓力為9.35MPa的法向壓力施行有限元摹擬計(jì)算。

  閥體剖切面von Mises（等效應(yīng)力）應(yīng)力云圖見(jiàn)圖1，閥體剖切面URES（合位移）位移云圖見(jiàn)圖2。

  圖1 閥體剖切面von Mises（等效應(yīng)力）應(yīng)力云圖

  圖2 閥體剖切面URES（合位移）位移云圖

  從圖1可以看出，最大應(yīng)力的數(shù)字為171.49MPa，顯露出來(lái)在上部主腔和管腔兩地相連處，小于屈撓應(yīng)力253.1MPa，安全程度約為1.48，此數(shù)字小于閥體預(yù)設(shè)安全程度1.5，合乎要求。

  從圖2可以看出，最大合位移約為0.18mm，顯露出來(lái)在閥體內(nèi)腔底部，該位移量小于0.001DN（0.3mm），也合乎預(yù)設(shè)要求。

  綜合有限元摹擬數(shù)值可知，開(kāi)始階段的預(yù)設(shè)的閥體壁厚絕對(duì)滿(mǎn)意實(shí)際的辦公壓力，其強(qiáng)度靠得住。

  3 壓降結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)和摹擬優(yōu)化

  按實(shí)際工況p1＝9.35MPa、p2＝0.4MPa、t＝40℃施行預(yù)設(shè)。經(jīng)理論計(jì)算，開(kāi)始階段的預(yù)設(shè)為4級(jí)階梯孔的鼠籠結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)概況圖見(jiàn)圖3。

  圖3 鼠籠降壓結(jié)構(gòu)

  認(rèn)為合適而使用CFD軟件施行摹擬證驗(yàn)，該算例入選用大渦（LES）板型。為簡(jiǎn)化板型，減損數(shù)字計(jì)算時(shí)間，選取二分之一板型施行摹擬（若需計(jì)算閥門(mén)流量系數(shù)，按二分之一板型摹擬后，最后結(jié)果乘以2可得），并將對(duì)稱(chēng)面設(shè)為Symmetry邊界條件，管道壁面默許為無(wú)滑移固壁Wall邊界條件。

  認(rèn)為合適而使用LES湍流板型計(jì)算脈動(dòng)壓力，那里面壓力-速度耦合形式均取為PISO，壓力的失散款式取為PRESTO！，動(dòng)量方程的失散款式取為BCD。

  經(jīng)不為己甚析計(jì)算，獲得未加節(jié)流孔板對(duì)稱(chēng)面壓力散布向量圖，見(jiàn)圖4。

  圖4 未加節(jié)流孔板對(duì)稱(chēng)面壓力散布向量圖

  從圖4中可以看出，套筒里外壓降較大，壓力梯度變動(dòng)表面化，4級(jí)節(jié)流孔處有7.0MPa壓差，由此造成節(jié)流孔處媒介流動(dòng)mach數(shù)較大，萌生非常大噪音，并在節(jié)流后的閥體中腔形成較大的渦電流，也由此萌生了較大的噪音。為此，扼制渦電流強(qiáng)度是減低噪音的直接替段。

  為改善流場(chǎng)的散布，加大流阻系數(shù)，在閥門(mén)出口端加一個(gè)多孔節(jié)流板，認(rèn)為合適而使用如上所述一樣的參變量設(shè)置，數(shù)字計(jì)算后的加節(jié)流孔板后對(duì)稱(chēng)面壓力散布向量圖見(jiàn)圖5。

  圖5 加節(jié)流孔板后對(duì)稱(chēng)面壓力散布向量圖

  從圖5中可以看出：①在閥門(mén)出口增加節(jié)流孔板后，節(jié)流孔板處承受了一小批壓降。節(jié)流板前處?kù)o壓力為2.73MPa，節(jié)流板后b處?kù)o壓力為0.85MPa，成功實(shí)現(xiàn)1.9MPa左右壓降。②閥核心節(jié)流處壓降梯度緩解，4級(jí)階梯孔分擔(dān)5.0MPa壓降，這也外交代表流孔出口流速減低。③媒介流經(jīng)節(jié)流孔板，梳流的效用減損了渦的數(shù)目與強(qiáng)度。

  由此可見(jiàn)，節(jié)流孔板對(duì)于改善高壓差流場(chǎng)有表面化的效果。

  4 噪聲預(yù)先推測(cè)

  當(dāng)氣體或蒸汽流過(guò)節(jié)流孔時(shí)，萌生渦旋擺脫聲，那里面在節(jié)流面最小處有可能達(dá)到或超過(guò)聲速，易形成沖擊波、噴噴射的流體、渦旋流的不整齊流體及很大沖擊力，嚴(yán)重特殊情況毀傷管道。當(dāng)氣體媒介流動(dòng)受阻時(shí)，高速氣體的迅疾膨脹和忽然降低速度以及流生氣體方向的變更等都能導(dǎo)致紊流現(xiàn)象，大多的能+羭縷能夠轉(zhuǎn)成為不損害到閥門(mén)的氣體動(dòng)力噪聲。

  摹擬計(jì)算時(shí)，經(jīng)過(guò)在軸向方向設(shè)置8個(gè)不一樣的點(diǎn)，來(lái)探量觀(guān)測(cè)氣流噪聲強(qiáng)弱散布發(fā)展方向。沿著管道核心，從進(jìn)口到出口順次設(shè)置（原點(diǎn)位于閥芯核心與管道核心相交的點(diǎn)位置，“-”表達(dá)設(shè)置點(diǎn)在媒介流出方向）：x1＝0.69m、x2＝0.193m、x3＝0.125m、x4＝0、x5＝-0.125m、x6＝-不銹鋼閥門(mén)0.193m、x7＝-0.511m、x8＝-0.726m。

  通過(guò)摹擬計(jì)算，可以獲得沿x軸剖面散布的8個(gè)不一樣點(diǎn)的聲級(jí)檢驗(yàn)測(cè)定最后結(jié)果。出口無(wú)節(jié)流孔板和增加節(jié)流孔板時(shí)，最小開(kāi)度下軸向設(shè)置點(diǎn)聲級(jí)散布曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖6。

  圖6 最小開(kāi)度下閥門(mén)軸向設(shè)置點(diǎn)聲級(jí)散布曲線(xiàn)圖

  從圖6中可以看出：①閥門(mén)核心萌生的聲級(jí)在增加節(jié)流孔板后減低了約16dB。在保障流量系數(shù)的條件下，增加節(jié)流孔板后加大了閥門(mén)的流阻系數(shù)，就要得閥門(mén)的開(kāi)度增長(zhǎng)，增大節(jié)流平面或物體表面的大小，管用減低了閥門(mén)核心處節(jié)流孔的速度。②節(jié)流孔板處承受了一小批壓降，閥門(mén)核心節(jié)流處的壓降有所緩和，閥門(mén)振蕩強(qiáng)度也相應(yīng)減弱，這在核心里話(huà)壓級(jí)的變動(dòng)上得以表現(xiàn)出來(lái)。③噪聲再經(jīng)閥體壁厚的隔離效用和空間位置的輻射后，對(duì)辦公擔(dān)任職務(wù)的人的噪聲污染也大幅減低了。

  5 結(jié)束語(yǔ)

  閥門(mén)的降壓效果與其阻尼體積是成正比的。當(dāng)壓差過(guò)高時(shí)，經(jīng)過(guò)合適增大結(jié)構(gòu)的阻尼或認(rèn)為合適而使用分級(jí)降壓的理論，可成功實(shí)現(xiàn)壓降及媒介流速的減小，因此達(dá)到改善流場(chǎng)散布、減低振蕩強(qiáng)度以及削減噪音的節(jié)能目標(biāo)。

  增大阻尼的形式有眾多種，如增加節(jié)流孔板、認(rèn)為合適而使用多層套筒結(jié)構(gòu)等。

  在保障節(jié)流平面或物體表面的大小的前提下，減小節(jié)流孔徑，能起到美好的降噪效果。