本文關(guān)鍵詞：基于物聯(lián)網(wǎng)的超大口徑液控蝶閥設(shè)計(jì)及動(dòng)水力矩特性研究

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【摘要】：水力發(fā)電作為重要的綠色能源,在全世界得到廣泛應(yīng)用。水輪發(fā)電機(jī)組作為其能源轉(zhuǎn)換的主體,一般配套有進(jìn)水閥作為其重要的安全輔助設(shè)備,蝶閥是其中一種重要的進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)形式。本文研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面:(1)通過對(duì)水電站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成進(jìn)行概述,闡述了水輪機(jī)進(jìn)水蝶閥的組成和工況;對(duì)于超大口徑蝶閥作為水輪機(jī)進(jìn)水閥的發(fā)展趨勢(shì)及存在的問題進(jìn)行探討。(2)以DN5300超大口徑液控蝶閥為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)超大口徑液控蝶閥的整體方案,確定合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,即雙偏心桁架過流式蝶閥,并配有重錘關(guān)閥。(3)建立三維分析模型,對(duì)閥體和蝶板進(jìn)行有限元分析,得到DN5300蝶板和閥體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸;通過蝶板的模態(tài)分析以及卡門渦街頻率的計(jì)算,得到了蝶板的修型方案,有效的避免了共振導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞問題;上述設(shè)計(jì)方法通過廠內(nèi)壓力試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)工況試驗(yàn),驗(yàn)證了計(jì)算模型的可靠性。(4)建立CFD分析模型,得到雙偏心桁架過流式蝶閥在不同開度的阻力系數(shù)、動(dòng)水力矩系數(shù)、動(dòng)水力系數(shù);并與設(shè)計(jì)手冊(cè)中相同迎水面積的菱形蝶閥對(duì)應(yīng)系數(shù)進(jìn)行對(duì)比,得出兩者的異同。通過水電站現(xiàn)場(chǎng)的工況實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文所用設(shè)計(jì)方案和CFD分析方法是正確,證明該方法具有工程實(shí)用價(jià)值。(5)研究動(dòng)水關(guān)閥阻尼油壓的計(jì)算方法,通過現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)水實(shí)驗(yàn)可知CFD仿真所得到的固有特性數(shù)據(jù)計(jì)算出的阻尼油壓,與實(shí)驗(yàn)測(cè)試的油缸油壓進(jìn)行對(duì)比,其變化趨勢(shì)一致,兩者誤差在工程設(shè)計(jì)可接受的范圍內(nèi);對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與CFD仿真數(shù)據(jù)的差異,給出了提高精度的措施。由工地現(xiàn)場(chǎng)試壓驗(yàn)證了CFD仿真模型的正確性,其分析取得的動(dòng)水力系數(shù)、動(dòng)水力矩系數(shù)、阻力系數(shù)是準(zhǔn)確可靠的,具有工程實(shí)用價(jià)值。(6)對(duì)進(jìn)水閥設(shè)計(jì)了物聯(lián)網(wǎng)模塊,通過物聯(lián)網(wǎng)模塊提供的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),提取了其啟閉過程的相關(guān)數(shù)據(jù),可得到產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)行中的動(dòng)水力矩等數(shù)據(jù),為新產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。由此,我們得出進(jìn)水閥產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程的全新模式,即:閥門有限元設(shè)計(jì)?已有產(chǎn)品工況實(shí)測(cè)?基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)提取與分析?新產(chǎn)品仿真優(yōu)化?新產(chǎn)品工況實(shí)測(cè)。通過上述流程的循環(huán)優(yōu)化迭代,加速了產(chǎn)品的優(yōu)化創(chuàng)新過程;由于該過程可以省去物理模型的生產(chǎn)制造,流體試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)測(cè)過程,提高了研發(fā)速度和降低了研發(fā)成本。基于物聯(lián)網(wǎng)智能閥門控制系統(tǒng),通過云計(jì)算服務(wù)取得閥門的運(yùn)行數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析為運(yùn)行維護(hù)、故障報(bào)警及診斷提供了依據(jù)。通過本文的設(shè)計(jì)新方法,可大幅度節(jié)約成本,提高研發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品性能,具有深刻的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義和廣闊的工程應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：超大口徑蝶閥 動(dòng)水力系數(shù) 動(dòng)水力矩系數(shù) 阻力系數(shù) CFD 物聯(lián)網(wǎng)IOT
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM312;TH134
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀綜述13-15
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況13-14
• 1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀綜述14-15
• 1.3 項(xiàng)目的理論及實(shí)際意義15-16
• 1.4 課題來源與研究?jī)?nèi)容16
• 1.5 本章小結(jié)16-17
• 第2章 水電站及進(jìn)水閥系統(tǒng)概況17-22
• 2.1 水電站簡(jiǎn)介及進(jìn)水閥系統(tǒng)的作用17-18
• 2.2 水電站進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)及選型適用范圍18
• 2.3 水輪機(jī)進(jìn)水蝶閥系統(tǒng)組成及原理18-20
• 2.3.1 水輪機(jī)進(jìn)水蝶閥系統(tǒng)的組成18-19
• 2.3.2 水輪機(jī)進(jìn)水蝶閥（又稱液控蝶閥）的組成及工作原理19
• 2.3.3 水輪機(jī)進(jìn)水蝶閥主體結(jié)構(gòu)19-20
• 2.4 水輪機(jī)進(jìn)水蝶閥的發(fā)展趨勢(shì)及存在的問題20-21
• 2.4.1 水輪機(jī)進(jìn)水蝶閥發(fā)展趨勢(shì)20-21
• 2.4.2 水輪機(jī)進(jìn)水蝶閥存在的問題21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 第3章 蝶閥設(shè)計(jì)22-40
• 3.1 整體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)22-23
• 3.2 閥門力矩的計(jì)算23-26
• 3.3 閥體結(jié)構(gòu)26
• 3.4 蝶板結(jié)構(gòu)26-27
• 3.5 有限元分析法基本理論27-29
• 3.5.1 理論概述27-28
• 3.5.2 有限元法的分析過程及求解步驟28-29
• 3.6 基于有限元法的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29-32
• 3.6.1 閥體及蝶板的三維建模29-30
• 3.6.2 閥體強(qiáng)度試驗(yàn)工況30-31
• 3.6.3 蝶板強(qiáng)度試驗(yàn)工況31-32
• 3.7 蝶板振動(dòng)特性分析32-37
• 3.7.1 蝶板固有頻率的有限元分析32
• 3.7.2 蝶板固有頻率結(jié)果32-35
• 3.7.3 蝶板擾動(dòng)頻率計(jì)算35-37
• 3.7.4 蝶板型線的設(shè)計(jì)及修型結(jié)論37
• 3.8 蝶板動(dòng)水力矩的計(jì)算37-39
• 3.8.1 DN5300蝶閥動(dòng)水作用力及動(dòng)水力矩的計(jì)算37-38
• 3.8.2 蝶板等效比值的換算38-39
• 3.9 本章小結(jié)39-40
• 第4章 蝶閥動(dòng)水力矩分析40-47
• 4.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)概述40-41
• 4.2 控制方程41
• 4.3 CFD仿真分析41-43
• 4.3.1 網(wǎng)格模型42
• 4.3.2 求解控制參數(shù)42-43
• 4.3.3 邊界條件43
• 4.4 分析數(shù)據(jù)結(jié)果43
• 4.5 蝶閥固有特性系數(shù)43-44
• 4.5.1 流阻系數(shù) ζ43-44
• 4.5.2 動(dòng)水力系數(shù) λ(α)及動(dòng)水力矩系數(shù) μ(α)44
• 4.6 桁架過流式蝶閥固有特性系數(shù)的換算44-46
• 4.7 本章小結(jié)46-47
• 第5章 動(dòng)水力矩現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)及分析47-58
• 5.1 實(shí)驗(yàn)過程47-49
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)工況水力條件47
• 5.1.2 試驗(yàn)?zāi)康?/span>47
• 5.1.3 被測(cè)試蝶閥基本參數(shù)47-48
• 5.1.4 試驗(yàn)方案48-49
• 5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析49-51
• 5.2.1 靜水開閥過程分析49-50
• 5.2.2 蝶閥動(dòng)水關(guān)閥過程分析50-51
• 5.3 測(cè)試數(shù)據(jù)整理與分析51-55
• 5.3.1 靜水開閥工況蝶閥力矩分析51-52
• 5.3.2 動(dòng)水關(guān)閥工況蝶閥力矩對(duì)比分析52-55
• 5.4 誤差分析55-56
• 5.5 提高超大口徑蝶閥固有特性系數(shù)試驗(yàn)精度的措施56-57
• 5.6 本章小結(jié)57-58
• 第6章 物聯(lián)網(wǎng)智能閥門控制系統(tǒng)58-63
• 6.1 引言58
• 6.2 物聯(lián)網(wǎng)閥門控制系統(tǒng)基本原理58-59
• 6.3 智能閥門控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介59
• 6.4 系統(tǒng)組成59-60
• 6.5 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行采集的數(shù)據(jù)60-61
• 6.6 本章小結(jié)61-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 致謝68-69
• 附錄A（攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄）69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：607964