费扬 《新型高参数减压阀流动特性与高温高压强度分析》

“热电联产”作为国家能源战略重要组成部分,是实现能源的分阶、高效利用的重要措施。减压阀作为“热电联产”工程的核心部件,广泛应用于国家重大建设发展工程上。然而,传统的减压阀已无法适应现代工业生产的高温高压、高压差等工况要求,因此迫切需要针对减压阀进行结构优化与创新。本文开发了一种以内外多孔笼罩+多孔节流孔板为减压元件的高参数角式减压阀,并对其高压差流通性能以及高温高压强度进行了较为系统的数值模拟与分析,主要研究内容以及成果如下：首先,本文采用流体分析软件FLUENT,建立减压阀流体区域网格,研究了减压阀的阻塞流发生情况、流量特性以及不同开度下的流动参数(压力、速度、温度)变化情况。得到该多级减压系统的临界压差比、流量特性曲线；阐述了多级减压机理与不同开度下压力分布情况；从运动学角度分析了流动漩涡的产生,并从能量角度验证其产生,并计算比较了不同开度下能耗损失的变化；分析了阀内蒸汽过热度随着开度的变化。其次,本文采用软件ANSYS Workbench,以小流量工况为例,利用有限元方法计算了恒定蒸汽参数(1OMPa,520℃)下减压阀阀体关键截面与结点的瞬态温度场,得到整个过程的危险工况与危险点,即阀体内外壁温差达到最大的时刻与位置。最后,在温度场计算的基础上,计算了恒定参数蒸汽进入阀体过程的热应力、机械应力、综合应力以及周向应力的变化,确定了应力极值区域,并采用MONSON计算分析方法计算了不同开度下阀门开启过程的疲劳损耗。本文研究成果对于保证高参数减压阀的调节性能、确保其安全运行具有重要的意义。