本文是在甘肅省高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目的資助下完成的。論文試驗(yàn)部分是在河南省高山閥門(mén)有限公司協(xié)助下完成的。安全閥開(kāi)啟泄放時(shí),引起劇烈振動(dòng)和強(qiáng)噪聲,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及管路系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員及周邊環(huán)境住戶的聽(tīng)覺(jué)健康造成一定程度的傷害,同時(shí)強(qiáng)振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)疲勞對(duì)安全閥自身的安全可靠性也會(huì)產(chǎn)生不利影響。國(guó)外針對(duì)安全閥排放噪聲的計(jì)算多為經(jīng)驗(yàn)公式,這些公式不盡相同,且計(jì)算準(zhǔn)確性和適用性缺乏對(duì)比分析與驗(yàn)證,難以為確定類(lèi)型的安全閥在不同工況下使用的消聲裝置設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確依據(jù)。另外,國(guó)內(nèi)也鮮有學(xué)者做過(guò)此方面的研究,開(kāi)展在安全閥設(shè)計(jì)階段進(jìn)行排放噪聲的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)研究,為閥后消聲裝置設(shè)計(jì)提供定量依據(jù),對(duì)提高安全閥的環(huán)境友好性有重要意義。本文針對(duì)微啟式安全閥的流致振動(dòng)特性與排放噪聲預(yù)測(cè)數(shù)值計(jì)算,展開(kāi)了如下研究:(1)介紹了論文研究的背景與意義,調(diào)研了國(guó)內(nèi)外對(duì)流致振動(dòng)研究、氣動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)的研究進(jìn)展與現(xiàn)狀,提出了針對(duì)安全閥進(jìn)行流致振動(dòng)特性研究、氣動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)計(jì)算研究的必要性。(2)概述了安全閥工作原理與排量計(jì)算,調(diào)研了常規(guī)安全閥與國(guó)外新型安全閥結(jié)構(gòu);基于流固耦合模態(tài)分析方法計(jì)算了閥瓣組件的低階模態(tài)頻率,通過(guò)非定常流動(dòng)求解了閥內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)頻率,采用單自由度系統(tǒng)分析得到了彈簧自振頻率,對(duì)比三者相近程度,判斷閥瓣組件是否存在共振可能;建立了微啟式安全閥閥體振動(dòng)模型,進(jìn)行了安全閥振動(dòng)響應(yīng)求解,研究了安全閥不同開(kāi)啟高度下進(jìn)口段、閥腔外壁、出口段監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)特性。(3)分析了安全閥在開(kāi)啟泄放時(shí)排放噪聲的傳遞路徑與聲源類(lèi)型;對(duì)比了國(guó)際上現(xiàn)有安全閥排放噪聲預(yù)測(cè)計(jì)算公式;研究了氣動(dòng)噪聲數(shù)值模擬理論與計(jì)算流程;建立了安全閥氣動(dòng)噪聲分析模型,以非定常計(jì)算得到的壓力脈動(dòng)和速度脈動(dòng)作為聲源激勵(lì),基于邊界元法(BEM)進(jìn)行安全閥排放噪聲數(shù)值模擬研究,分析了偶極子聲源和四極子聲源對(duì)安全閥排放噪聲貢獻(xiàn)的影響;加權(quán)偶極子源總聲壓級(jí)和四極子源總聲壓級(jí)得到安全閥排放噪聲總聲壓級(jí),與公式計(jì)算對(duì)比驗(yàn)證了數(shù)值模擬計(jì)算方法的正確性。(4)據(jù)安全閥動(dòng)作性能試驗(yàn)需求,開(kāi)發(fā)了安全閥動(dòng)作性能測(cè)試高頻數(shù)據(jù)采集軟件,完成了對(duì)數(shù)據(jù)采集卡、位移傳感器、壓力傳感器等硬件的選型調(diào)研、測(cè)試系統(tǒng)的接線及動(dòng)作性能試驗(yàn)測(cè)試流程的設(shè)計(jì)。據(jù)安全閥振動(dòng)及噪聲數(shù)值模擬驗(yàn)證的需要,設(shè)計(jì)了安全閥振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和噪聲測(cè)試系統(tǒng),完成了對(duì)振動(dòng)與噪聲測(cè)試裝置的選擇、振動(dòng)測(cè)試測(cè)點(diǎn)與噪聲測(cè)試測(cè)點(diǎn)的布置以及試驗(yàn)測(cè)試流程的設(shè)計(jì)。(5)開(kāi)展了微啟式安全閥動(dòng)作性能試驗(yàn)研究,驗(yàn)證了數(shù)據(jù)采集軟件的實(shí)用性和可操作性;進(jìn)行了微啟式安全閥閥體振動(dòng)特性試驗(yàn)研究,測(cè)量了閥體表面的振動(dòng)響應(yīng),對(duì)比驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的正確性;開(kāi)展了微啟式安全閥排放噪聲特性試驗(yàn)研究,測(cè)量了閥外1m處的噪聲值,對(duì)比前文計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了邊界元方法和理論公式計(jì)算預(yù)測(cè)噪聲的準(zhǔn)確性和適用性。研究表明:對(duì)于微啟式安全閥排放噪聲的預(yù)測(cè)計(jì)算,API 521和VDI 2713所推薦計(jì)算公式的適用性較低,而ISO 4126-9和Energy Institute導(dǎo)則所推薦計(jì)算公式的適用性較高。通過(guò)本研究,豐富了安全閥流致振動(dòng)研究與氣動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)研究,推廣了安全閥排放噪聲預(yù)測(cè)計(jì)算的較為精確的數(shù)值模擬方法,為后續(xù)提升安全閥的穩(wěn)定性和可靠性提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TH134

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