2024届 聂家熙硕士论文《大口径蝶阀动水力矩与结构刚度研究》

大口径蝶阀作为埋地管线的截流、调节设备被广泛应用于给水排水、化工、石化及冶炼等行业。随着水利水电行业规模不断发展,蝶阀也朝大口径发展。如果蝶阀出现故障,无法阻止水流通过。因此蝶阀执行机构的动作特性、整体结构的刚度及强度等性能需满足内部介质流动的复杂环境。因此,深入研究大口径蝶阀动水力矩变化趋势以及结构刚度与强度有利于保证大口径蝶阀的正常运行。 本文就蝶阀动水力矩的变化规律与影响因素和结构刚度与强度的提高展开研究与分析。主要工作和成果如下: (1)构建蝶阀流动特性数值模型,设计缩比试验模型并对其开展阀内流量特性测试试验,分析了蝶阀内部流动状态并基于流量特性测试试验结果获取蝶阀的流量特性曲线,仿真结果与实验结果误差在合理范围内,验证了模拟的准确性。对阀杆启闭过程中的扭矩展开监测,获取启闭过程动水力矩变化趋势并与蝶阀稳态流动下各个开度蝶阀动水力矩数据对比,二者趋于一致。 (2)基于滑移网格构建了启闭过程中蝶阀内部流动瞬态模型,获取了蝶阀启闭过程中动水力矩变化趋势,阐明了内部介质流动与内部阀板桁架结构参数对动水力矩的影响规律。研究结果表明:介质流动改变动水力矩的最大数值,阀板结构参数改变动水力矩的变化趋势。 (3)基于理论计算公式及有限元分析模型对蝶阀的变形展开分析,计算阀体与阀板之间的密封间隙并对泄漏原因展开分析:阀体的结构刚度不足是导致蝶阀密封失效的主要原因。在蝶阀阀体表面增设加强筋并对其开展结构刚度与强度分析,从厚度、高度、宽度三个角度对加强筋开展响应面分析并开展多目标优化,从而提升蝶阀阀体的刚度与强度。