华南理工大学学报(自然科学版)

作者：张伟政, 黄文彬, 张俊涛, 等

单位：1.兰州理工大学 石油化工学院，甘肃 兰州 7300502.兰州理工大学 温州泵阀工程研究院，浙江 温州 325105

关键词：大口径闸阀,时频域分析,多物理场耦合,压力脉动,流激共振,振动诊断

基金：甘肃省自然科学基金资助项目(18JR3RA145)

大口径楔式闸阀广泛应用于石油、化工管道系统，其常承受介质动压载荷与温度载荷的耦合作用；耦合载荷不仅会加剧阀门结构的变形，增加阀杆与阀盖的摩擦磨损，也会影响流体流态，严重时甚至会诱发流激振动，造成阀杆断裂。该文针对DN1 200 mm大口径闸阀实际工程应用中的阀杆断裂问题，采用过程离散分析法划分多阀板位置，利用ANSYS数值模拟技术可视化了闸阀流场的流动特征，基于傅里叶信号分析法揭示了流体域的压力脉动响应，并对阀门管道液流系统进行模态分析和谐响应分析，研究了特定行程下多物理场耦合作用的阀杆和闸板共振特性。结果表明：当闸阀启闭且行程较小时，阀后因闸板扰流作用出现大的卡门涡街和回流现象，流体压力脉动增大且流动紊乱，进而诱发阀门管道液流系统产生大的共振幅值，导致阀杆断裂。基于此，提出在阀后添加扩管，发现添加扩管可缓解阀后涡流和回流，减小压力脉动，进而避免流激共振的发生。该文还定性和定量分析了扩管尺寸对流体压力脉动和共振幅值的削弱作用，对比研究表明：扩管直径为1.3倍管径（1 560 mm）且长度为1倍管径（1 200 mm）时，减振效果最好。该文研究结果对大口径闸阀的减振优化研究具有一定的指导意义。

来源：2024年第12期

《华南理工大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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