大口径高压差调节阀设计

第 4 2卷第 4期 2 0 1 3年 7月 石油化工设备 P ETR0一 CHEMI CAL EQUI P MENT Vo 1 4 2 NO 4 J u l y 2 0 1 3 文章编号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 3 0 4 0 0 3 1 一 O 4 大 口径高压差调节阀设计 王 燕 胡 建 郝娇 山 王若愚 重 庆川 仪调节阀有限公司 重庆4 0 0 7 0 0 摘要 针对大口径高压差调节阀运行 中可能出现的振动和噪声问题 用实际工况参数 采用理论计 算公式 有限元软件与流体分析软件联合进行模拟和分析 提 出一种优化的降压结构方案 关 键词 调节阀 大 口径 高压差 噪音 涡流 中图分 类 号 TQ 0 5 0 2 TE 9 6 7 文献 标志 码 B d o i 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 3 0 4 0 0 8 La r g e p o r t Hi g h Pr e s s u r e Dr o ps Co nt r o l Va l v e De s i g n WANG Ya n HU J i a n HAO J i a o s h a n WANG Ru o y u Ch o n g q i n g Ch u a n y i Co n t r o l Va l v e Co Lt d Ch o n g q i n g 4 0 0 7 0 0 Ch i n a Ab s t r a c t I n t e r ms o f n o i s e a n d v i b r a t i o n t h a t p o s s i b l y a p p e a r e d i n t h e o p e r a t i n g o f l a r g e p o r t hi g h pr e s s u r e d r o ps c o nt r o l v a l v e a n op t i mi z a t i o n me t h od wa s i nt r odu c e d by t h e o r e t i c a l c a l c ul a t i o n f o r m u l a f i ni t e e l e m e nt s o f t wa r e a nd f l u i d a na l y s i s s o f t wa r e f o r a e xa m p l e o f a c t u a l s e r vi c e c on di t i o n Ke y wo r d s c o n t r o l v a l v e l a r g e p o r t h i g h p r e s s u r e d r o p s n o i s e e d d y 随着 石化 工业 的快 速 发 展 流 体 介质 的输 送 工 况呈 现 出复杂 化 多样 化 的 趋 势 调 节 阀在 管 线 中 起 到节 流控制 的关 键 作 用 为 此 对 阀 门 结构 性 能 的要求也提到一个非常重视的程度 为了提高能耗 比 流体控制设备逐步向大型化方 向发展 大口径高 压差调节 阀需求也越来越多 目前 在阀门市场领 域 中 国产大 口径高压调节 阀的生产供 给远不能满 足逐 步增 长 的市 场 需 求 特 别 是 针 对特 殊 工 况 的高 压 阀 客户 端 的 目光 多转 向进 口阀门 相 比一般的调节阀 大 口径高压差调节阀具有公 称直径较大 流量系数高以及伴随着较大压差的特 点 如果降压结构设计不合理 不仅不能很好地满足 现场工况需求 而且会引起较大的噪声和振荡 对环 境 造成污染 的 同时 阀门的寿命也会 大幅缩短 文 中 对 本 公 司 设 计 生 产 的 一 台 ANS I 9 0 0 DN 3 0 0高压差调节阀的实际工况进行 了模拟计算 通过不 同结构的噪声衰减情况分析 提 出了一种降 压结 构 的优 化设 计方案 l 高压调节 阀简介 ANS I 9 0 0 D N 3 0 0调 节 阀 参 数 公 称 直 径 3 0 0 mm 公 称 压 力 ANS I 9 0 0 流量 系数 C 一2 4 0 介质为天 然气 介质 温度 4 O 阀前 压力 P 一 9 3 5 MP a 阀后压力 P 2 0 4 MP a 压差 值 一 8 9 MP a 阀体材质为 AS TM A2 1 6 WC C 相 当于 国产材 料 Z G 2 7 0 4 8 5 计算参数 计算压力 按阀门公称压力 取 P 一 1 5 0 MP a 阀体中腔最大直径 D 一3 8 2 mm 许用压 力 L 一8 2 0 MP a 2 阀体设计 2 1厚度设计 阀体 是 阀门 中最重 要 的零 件之 一 功 能如 下 作为工作介质的流动通道 承受工作介质压力 温度 冲蚀和腐蚀 阀体内部构成一个空间 设置 阀座 以容纳启闭件 阀杆等零件 阀体端部设置 收 稿 日期 2 0 1 3 0 2 0 6 作者简介 王燕 1 9 6 5 一 男 重庆人 高级工程师 学士 从 事调 节阀的设 计工作 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 4期 王燕 等 大 口径高压差调节 阀设计 从图 4中可 以看出 套筒内外压降较大 压力梯 度 变化 明显 4级 节流孔 处 有 7 0 MP a 压 差 由此 导 致节流孔处介质流动马赫数较大 产生很大噪音 并 在节 流后 的 阀体 中腔 形 成 较 大 的 涡 流 也 由此 产 生了较大的噪音 为此 控制涡流强度是降低噪音 的直接 手段 为改善流场的分布 加大流阻系数 在阀门出口 端加一个多孔节流板 采用如上 同样 的参数设置 数 值计算后的加节流孑 L 板后对称面压力分布矢量图见 图 5 v c i 目 g c P 眦 l u 图 5 加节流孔板后对称 面压力分 布矢 量图 从 图 5中可 以看 出 在 阀 门 出 口增加 节 流 孔 板后 节 流孑 L 板 处 承 担 了一 部 分 压 降 节 流 板 前 a 处 静 压 力 为 2 7 3 MP a 节 流 板 后 6处 静 压 力 为 0 8 5 MP a 实现 1 9 MP a左 右 压 降 阀 中 心 节 流处 压 降梯度 缓解 4级 台阶孔 分担 5 0 MP a 压 降 这也 使节 流孔 出 口流 速 降低 介 质 流 经 节 流 孑 L 板 梳流的作用减少 了涡的数量与强度 由此可见 节流孑 L 板对于改善高压差流场有 明 显 的效果 4 噪声预测 当气体或蒸汽流过节流孔时 产生涡旋脱离声 其 中在节 流 面最小 处 可 能 达 到 或超 过 声 速 易形 成 冲击波 喷射流 涡旋 流的凌乱流体及 巨大冲击力 严重时会破坏管道 8 当气体介质流动受阻时 高 速气体的迅速膨胀和突然减速 以及 流动气体方 向 的改变等都能造成紊流现象 大部分的能量能够转 变成不损害阀门的气体动力噪声 模 拟计 算 时 通 过 在轴 向方 向设 置 8个 不 同 的 点 来探测气流噪声强弱分布趋势 沿着管道中心 从进 口到出口依次设置 原点位于 阀芯 中心与管道 中心交 点位 置 一 表 示 设 置 点在 介 质 流 出方 向 3 2 1 0 6 9 r n x2 0 1 9 3 r n 3 2 3 0 1 2 5 1T I 4 0 z5 一 一 0 1 2 5 I T I z6 一 一 0 1 9 3 i n z7一 一 0 51 1 r n oTR 一 一 0 7 2 6 I T I 经过模拟计算 可 以得到沿 z轴截面分布的 8 个不 同点 的声 压级检 测结 果 出 口无 节 流孔板 和增 加节 流孔板 时 最小 开 度 下 轴 向设 置 点 声压 级 分 布 曲线 图见 图 6 坐 标 值 m 图 6 最小开度下 阀门轴 向设置点声压级分布 曲线 图 从 图 6中可 以看 出 阀 门中心 产 生 的声 压 级 在增加节流孔板后降低 了约 1 6 d B 在保证流量系 数 的条 件下 增加 节 流 孔板 后 加 大 了 阀 门 的流 阻 系 数 就使得阀门的开度提高 增大节流面积 有效降 低 了 阀门 中心处节 流孔 的速 度 节流 孔板处 承 担 了一部 分压 降 阀门 中心节 流处 的压降 有所缓 和 阀 门振动 强度 也相 应减 弱 这在 中心 声 压级 的变 化 上 得 以体现 噪声再经阀体壁厚的隔离作用和空间 位置的辐射后 对工作人员的噪声污染也大幅降低 了 5 结 语 阀 门的降压 效果 与其 阻尼 大小是成 正 比的 当 压 差过 高时 通过 适 当 增 大结 构 的 阻 尼或 采 用 分 级 降压 的理论 可 实现压 降及 介质 流速 的减小 从而 达 到改善流场分布 降低振动强度 以及削减噪音的节 能 目的 增 大 阻尼 的方式 有很 多种 如增加 节 流孔板 采 用多 层套筒 结 构等 在保证 节 流面积 的前 提下 减小节 流孔 径 能起 到很好 的降噪效 果 参考文献 1 陆培文 实用阀 门设 计手册 M 北 京 机械工 业 出版 社 2 0 0 2 L U P e i we n P r a c t i c a l Ma n u a l Va l v e D e s i g n M Be ij i n g Ch i n a Ma c h i n e P r e s s 2 0 0 2 I 2 杨源泉 阀门设 计计 算手册 M 北京 中国标准 出版 社 2 0 0 9 YANG Yu a n q ua n Va l v e De s i g n a n d Ca l c u l a t i on Ma n u a l M B e i j i n g C h i n a S t a n d a r d P r e s s 2 0 0 9 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 石油化工设备 2 0 1 3年第 4 2 卷 3 张希恒 俞树荣 杜兆年 等 楔式闸阀阀体变形 对密封 性能影 响分析E J 阀门 2 0 1 1 3 3 7 3 9 ZH ANG Xi he ng YU Sh u r o ng DU Zha o ni a n e t a 1 The An a l y s i s a bo ut t he De f or ma t i on of W e d ge Typ e Ga t e Va l v e Bo dy I mpa c t s o n t he Se a l i n g Pe r f or ma n c e l J 1 Va l v e 2 0 1 1 3 3 7 3 9 4 张德庆 多级降压 降噪控制 阀结构及 应用 J 世界仪 表与 自动化 2 0 0 9 1 3 3 2 2 2 3 ZHANG De qi ng M ul t i s t a ge De pr e s s u r i z a t i o n a nd Noi s e Re d uc t i o n Va l v e St r u c t ur e a nd I t s App l i c a t i on J I n t e r n a t i o n a l I n s t r u me n t a t i o n Au t o ma t i o n 2 0 0 9 1 3 3 2 2 2 3 5 王福军 计算 流体动 力学一 C F D软件原 理与 应用 M 北 京 清华大学 出版社 2 0 0 4 W ANG Fu j u n Co mp u t a t i o n a l F l u i d Dy n a mi c s CF D S o f t wa r e P r i n c i p l e a n d Ap p l i c a t i o n M B e ij i n g T s i ng hua Un i v e r s i t y Pr e s s 2 0 04 r 6 I E C 6 0 5 3 4 2 5 2 0 0 3 I n d u s t r i a l P r o c e s s C o n t r o l Va l v e s Pa r t 2 5 Fl ow Ca p a c i t y s i z i ng Equ a t i ons f or Fl ui d Fl o w t hr ou gh M ul t i s t a ge Co nt r ol Va l v e s wi t h I nt e r s t a g e R e c o v e r y S 7 马大 猷 湍 流 喷 注 噪声 定 律 的发 展 J 声 学 学 报 1 9 87 1 2 5 3 1 0 M A Da y o u De ve l op me n t o f t h e La w o f Tur bu l e n t e t N o i s e J Ac t a Ac u s t i c a 1 9 8 7 1 2 5 3 1 0 8 吴石 张文平 阀门流场 的数值模拟及流噪声的实验研 究 J 阀 门 2 0 0 5 1 7 1 0 W U S h i Z H ANG W e n p i n g Nu me r i c a l S i mu l a t i o n o f Fl o w Fi e l d a n d Fl ow Va l v e No i s e Ex pe r i m e nt a l St u dy J Va l v e 2 0 0 5 1 7 1 0 9 龚农斌 阀门管道系统 噪声的研究 与控 制 J 噪声 与 振动控制 1 9 8 2 5 1 6 GONG No n g b i n Va l v e P i p e S y s t e m Re s e a r c h a n d C o n t r o l o f N o i s e J N o i s e a n d Vi b r a t i o n C o n t r o l 1 9 8 2 5 1 6 1 O 赵子琴 李树勋 徐 登伟 等 管道振动的减振方案及 工 程应用 J 管道技术与设 备 2 0 1 1 3 5 4 5 6 ZHA0 Z i q i n L I S h u x u n XU De n g we i e t a 1 Da mpi ng Pr o gr a m of Pi p e l i ne Vi b r a t i on an d En gi ne e r i n g Ap p l i c a t i o n J P i p i n g Te c h n o l o g y a n d E q u i p m e n t 2 O 1 1 3 5 4 5 6 许 编 2 0 1 3亚洲国际动力传动展 由德 国汉诺威展览公司 汉诺威米兰展览 上海 有限公 司 中国液压气动密封件工业协会 中国机械通 用零部件工业协会共 同主办的亚洲国际动力传动与控制技术展览会 P TC AS I A 以下简称 亚洲国际动力 传动展 预计将于 2 0 1 3年 1 0月 2 8日 3 1日开展 参展面积约 9 6 0 0 0 I n 展商数量约为 1 5 0 0家 专业观 众 数量 近 7 万 人次 展会将分为流体传动 机械传动 轴承 以