本文關(guān)鍵詞：乳化液介質(zhì)電磁卸荷閥氣蝕現(xiàn)象的數(shù)值模擬

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【摘要】：卸荷系統(tǒng)是乳化液泵站系統(tǒng)中一個重要組成部分,對維護井下的安全生產(chǎn)起到不可或缺的作用。電磁卸荷閥由于其瞬時流量大、保壓時間長等原因而被廣泛用作卸荷系統(tǒng)的壓力控制和過載保護的核心元件。國家煤炭行業(yè)標準MT/T188.3-2000《煤礦用乳化液泵站卸荷閥技術(shù)條件》對卸荷閥的技術(shù)要求、試驗方法及檢驗規(guī)則提出了詳細的規(guī)定,但是由于各種原因?qū)е滦逗砷y失效的事故時有發(fā)生,嚴重影響泵站工作的平穩(wěn)可靠性。本文針對企業(yè)反饋的卸荷閥氣蝕問題為研究對象,分析主閥腔的壓力、氣相分布,結(jié)合氣蝕現(xiàn)象,對卸荷閥的流道優(yōu)化進行了深入研究。通過介紹卸荷閥研究的背景和意義,闡述了乳化液介質(zhì)電磁卸荷閥在使用中常見的失效形式。根據(jù)國內(nèi)外關(guān)于氣蝕問題的研究現(xiàn)狀和存在問題,引出卸荷閥空化氣蝕現(xiàn)象研究的重要性。企業(yè)反饋卸荷閥在機械式卸荷的工況下實際使用約1500小時后,其內(nèi)部發(fā)生氣蝕,并且氣蝕造成的損壞非常嚴重,導致主閥閥套4個出口之間的鋼制內(nèi)壁面幾乎蝕穿。結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)中面臨的實際問題,在AMESim中搭建卸荷閥機械式卸荷的仿真模型,分析卸荷閥的入口/出口壓力特性、入口的流量特性、主閥/導閥的位移情況。結(jié)合卸荷閥關(guān)鍵數(shù)據(jù)對其工作性能的影響,重點研究先導閥閥座直徑、主閥芯直徑、主閥芯錐角這三個結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對卸荷閥入口壓力及出口壓力波動范圍的影響。運用Fluent流場仿真軟件中的空化模型,結(jié)合AMESim中得到的邊界條件,對卸荷閥主閥在不同閥口開度下的流場壓力、速度、氣相分布做了分析研究,得出:閥口小開度時,閥口后部會出現(xiàn)嚴重的低壓現(xiàn)象,從而引起氣泡析出,析出的氣泡會跟被乳化液裹挾,形成空化流。空化流沖擊出口附近內(nèi)壁面時,氣泡急劇潰滅,在潰滅處對周邊零件表面造成空蝕破壞,不斷地剝離材料,發(fā)生空蝕破壞。將流場仿真結(jié)果中氣蝕誘發(fā)處與氣蝕破壞的實物相對比,結(jié)果基本吻合。基于對閥腔內(nèi)氣蝕原因的認識,從提升閥口后部壓力、延長空化流在閥腔內(nèi)的運動時間入手,提出削弱氣蝕的系統(tǒng)優(yōu)化方案和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。對優(yōu)化后方案進行模擬仿真,對比分析了優(yōu)化前后閥腔內(nèi)的流場壓力、氣相、速度等參數(shù),仿真結(jié)果表明優(yōu)化措施的確可以起到削弱氣蝕的作用,有效地延長了卸荷閥的使用壽命,降低卸荷閥更換的頻率,提高生產(chǎn)效率。本文基于AMESim和Fluent仿真,分析卸荷閥主閥腔內(nèi)空化的原因,并進一步對閥腔流域的設計提出了改進辦法。研究結(jié)果對深入認識氣蝕的發(fā)生機理有一定指導意義,而且可為設計高可靠性的液壓閥提供理論依據(jù)和參考。
【關(guān)鍵詞】：乳化液 電磁卸荷閥 小閥口 脈沖式氣蝕 空化流動
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD40
【目錄】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題研究的背景和意義10-16
• 1.1.1 乳化液泵站中電磁卸荷閥的應用11-12
• 1.1.2 乳化液介質(zhì)的常見問題12-14
• 1.1.3 乳化液中的含氣形式14
• 1.1.4 氣蝕現(xiàn)象概述14-16
• 1.2 國內(nèi)外關(guān)于氣蝕現(xiàn)象研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 論文主要內(nèi)容18-19
• 第2章 卸荷閥動態(tài)特性分析19-29
• 2.1 卸荷閥的工作原理及物理模型19-21
• 2.1.1 工作原理19-20
• 2.1.2 物理模型20-21
• 2.2 機械式卸荷閥AMESIM仿真研究21-24
• 2.2.1 AMESim模型搭建21-22
• 2.2.2 機械式卸荷動態(tài)特性研究22-24
• 2.3 機械式卸荷主閥進出口壓力影響因素分析24-28
• 2.3.1 出口背壓對主閥進出口壓力的影響25-26
• 2.3.2 導閥座直徑對主閥進出口壓力的影響26-27
• 2.3.3 主閥芯直徑對主閥進出口壓力的影響27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 卸荷閥氣蝕機理分析29-45
• 3.1 卸荷閥氣蝕現(xiàn)象及數(shù)值計算模型的建立29-32
• 3.1.1 氣蝕現(xiàn)象29-30
• 3.1.2 數(shù)值計算模型30-32
• 3.2 FLUENT空化模型及計算條件設置32-35
• 3.2.1 FLUENT空化模型32-34
• 3.2.2 計算條件設置34
• 3.2.3 收斂判據(jù)設定34-35
• 3.3 流場仿真結(jié)果分析35-41
• 3.4 出口背壓對空化的影響41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 第4章 卸荷閥內(nèi)部流場的優(yōu)化設計45-54
• 4.1 常見的控制和消除空化的方法45-46
• 4.2 閥套徑向出口位置對氣蝕的影響46-48
• 4.2.1 優(yōu)化后閥套結(jié)構(gòu)46
• 4.2.2 流場仿真結(jié)果46-48
• 4.3 主閥密封形式對氣蝕的影響48-49
• 4.3.1 閥芯閥套裝配圖48
• 4.3.2 仿真結(jié)果分析48-49
• 4.4 流道結(jié)構(gòu)對氣蝕的影響49-52
• 4.4.1 優(yōu)化后閥芯結(jié)構(gòu)49-50
• 4.4.2 仿真結(jié)果分析50-52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 總結(jié)與展望54-57
• 1 總結(jié)54-55
• 2 展望55-57
• 參考文獻57-62
• 致謝62-63
• 附錄A 攻讀碩士學位期間發(fā)表及錄用學術(shù)論文63-64
• 附錄B 科研項目與實踐64

【參考文獻】

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本文編號：700238