輸流管道-調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)是參與流程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要組成部分,其動(dòng)態(tài)性能和可靠性影響著生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性及安全性。以往大多數(shù)研究只考慮了流固耦合的影響,卻忽視調(diào)節(jié)閥和輸流管道之間的相互作用,無(wú)法揭示輸流管道-調(diào)節(jié)閥耦合系統(tǒng)振動(dòng)的機(jī)理和規(guī)律。本文以復(fù)雜輸流管道-調(diào)節(jié)閥為研究對(duì)象,分析了復(fù)雜輸流管道-調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。首先,建立考慮氣室薄膜壓力、流體不平衡力、摩擦力及彈簧恢復(fù)力的閥芯-閥桿非線性動(dòng)力學(xué)模型。采用龍格庫(kù)塔數(shù)值計(jì)算方法,分析了閥芯在不同工況參數(shù)下的非線性振動(dòng)響應(yīng),給出了閥芯振動(dòng)隨調(diào)節(jié)閥兩端壓差、閥芯開(kāi)度變化的分岔圖,揭示了閥芯振動(dòng)由倍周期分岔到混沌的過(guò)程;同時(shí),表明閥芯小開(kāi)度下與閥座底部發(fā)生碰撞的條件不僅取決于閥芯開(kāi)度的大小,且與調(diào)節(jié)閥兩端壓差的大小有關(guān)。其次,基于14方程的輸流管道流固耦合物理模型,針對(duì)直管、彎管及分支管道,并考慮異面管道之間的坐標(biāo)變換、多跨管道的彈性支撐問(wèn)題,提出了完整的具有空間異面構(gòu)型、多跨彈性/剛性支撐、串-并聯(lián)混合的復(fù)雜輸流管道傳遞矩陣建模方法;用傳遞矩陣法和有限元軟件仿真,對(duì)不同的輸流管道模型進(jìn)行固有特性分析,兩種方法的結(jié)果相對(duì)誤差在10%以內(nèi),表明... 

【文章來(lái)源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：90 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

薄膜單座式調(diào)節(jié)閥運(yùn)行原理簡(jiǎn)圖

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2-2簡(jiǎn)化的閥芯-閥桿動(dòng)力學(xué)模型Fig.2-2Simplifiedspool-stemdynamicsmodel當(dāng)流體流過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)，閥芯-閥桿系統(tǒng)沿軸線方向主要有4種作用力，分別是：因薄膜氣室大小改變產(chǎn)生的氣動(dòng)控制力controlF、閥芯上受到流體作用產(chǎn)生的不平衡力lF、閥桿與填料之間的摩擦阻力frictionF、閥桿上彈簧產(chǎn)生的彈性恢復(fù)力kF，忽略閥芯重力的影響[48]。其動(dòng)力學(xué)模型表達(dá)為：ledaiafrictioni)()(FFAPPFxxkxm（2-1）其中，m、k分別為閥芯-閥桿系統(tǒng)等效質(zhì)量和等效剛度；)(ikxxkF為彈簧恢復(fù)力，ix為閥芯初始穩(wěn)態(tài)位移；daiacontrol)(APPF為氣動(dòng)控制力，aiP為閥芯在ix狀態(tài)下氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室壓力，由下式（2-2）計(jì)算；eF為對(duì)應(yīng)ix的閥芯所受初始穩(wěn)態(tài)流體不平衡力；frictionF為閥桿與填料之間的摩擦，各力的具體推導(dǎo)及表示如下。2.2.1氣動(dòng)控制力的計(jì)算如圖2-1所示薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在一盤(pán)形腔室內(nèi)設(shè)有一薄膜，當(dāng)薄膜上、下兩側(cè)壓差發(fā)生變化時(shí)，原作用于膜片上的氣動(dòng)控制力、彈簧力和閥桿不平衡力之間的平衡被破壞，此時(shí)，氣室產(chǎn)生推力controlF，其大小等于氣室壓力aP與薄膜面積dA的乘積。根據(jù)文獻(xiàn)[49]氣室壓力aP與閥芯-閥桿位移x具有如下非線性關(guān)系：VxAVxAxxPPPPdacadacaoacacamax)(（2-2）式中：aP——?dú)馐覊毫Γ≒a）acP——?dú)馐胰]狀態(tài)下的氣室壓力（Pa）；aoP——?dú)馐胰P(guān)狀態(tài)下的氣室壓力（Pa）；x——閥芯-閥桿任意時(shí)刻位移（m）maxx——閥芯最大行程（m）；ax——閥芯目標(biāo)開(kāi)度（m）；acV——?dú)馐谊P(guān)閉時(shí)的氣室體積（m3）dA——?dú)馐冶∧っ娣e（m2）；

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文122.3.2調(diào)節(jié)閥閥芯-閥桿的復(fù)雜振動(dòng)特性閥芯-閥桿在流體不平衡力、氣室薄膜壓力等力的作用下會(huì)發(fā)生振動(dòng)，在小目標(biāo)開(kāi)度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)閥芯振動(dòng)的幅值超過(guò)閥芯目標(biāo)開(kāi)度的情況，如圖2-3所示，是在不考慮閥芯小開(kāi)度時(shí)，閥芯與閥座底部發(fā)生碰撞的閥芯無(wú)量綱位移時(shí)間歷程圖。由于閥芯位移無(wú)量綱化后不能簡(jiǎn)潔明了地反映出實(shí)際物理坐標(biāo)下的含義，此處結(jié)合表2-1所示的參數(shù)給出1y與實(shí)際物理位移x之間的比例常數(shù)0.9749，因此，圖2-3~2-5中所示的圖例均為物理坐標(biāo)。從圖2-3中可以看出，閥芯振動(dòng)的無(wú)量綱位移出現(xiàn)了負(fù)值，表明在小開(kāi)度時(shí)閥芯振動(dòng)幅值超過(guò)了閥芯給定的目標(biāo)開(kāi)度，與閥座底部發(fā)生碰撞。圖2-3閥芯小目標(biāo)開(kāi)度時(shí)閥芯無(wú)量綱位移時(shí)間歷程圖Fig.2-3Dimensionlessdisplacementtimehistoryofspoolwhenthespoolhassmalltargetopening碰撞是高度非線性的，且當(dāng)調(diào)節(jié)閥受到非線性因素影響時(shí)，其振動(dòng)特性更為復(fù)雜。本文所研究的調(diào)節(jié)閥閥芯開(kāi)度的取值范圍為0~25mm，調(diào)節(jié)閥兩端壓差取值范圍為0~2MPa。在分析不同工況時(shí)的閥芯振動(dòng)特性之前，首先要判斷出與閥座底部發(fā)生碰撞的閥芯目標(biāo)開(kāi)度的極值，因此，首先分析了閥芯在小開(kāi)度時(shí)不同壓差下的時(shí)間歷程圖，如圖2-4、圖2-5所示。圖2-4、圖2-5中為閥芯開(kāi)度在1mm、2mm時(shí)不同壓差下的時(shí)間歷程圖，子圖為各自的局部放大圖。從圖2-4中可以看出，閥芯開(kāi)度在1mm，調(diào)節(jié)閥兩端壓差在0.1~2MPa變化時(shí)，其閥芯的無(wú)量綱位移始終出現(xiàn)了負(fù)值，表明閥芯始終會(huì)與閥座底部發(fā)生碰撞；而在圖2-5中閥芯開(kāi)度2mm時(shí)，從時(shí)間歷程圖中可以看出，隨著調(diào)節(jié)閥兩端壓差逐漸增大，閥芯振動(dòng)幅值從一開(kāi)始會(huì)超過(guò)閥芯目標(biāo)開(kāi)度與閥座底部發(fā)生碰撞，逐漸到振動(dòng)幅值小于閥芯目標(biāo)開(kāi)度，其振動(dòng)不會(huì)與閥座底部發(fā)生碰撞。結(jié)果表明：閥芯開(kāi)度

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3092937