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带静流元件的某船用阀门气动及声学特性研究
| 论文题名： | 带静流元件的某船用阀门气动及声学特性研究 |
| 关键词： | 船用调节阀;气动性能;噪声性能;静流元件;汽轮机 |
| 摘要： | 汽轮机作为高效可靠的动力来源广泛应用于船舶行业。舰船汽轮机具有变工况的运行特点，其转速调节往往是通过调节阀自身开度变化来实现的。随着船用机组功率的增加，调节阀的尺寸明显增大，而对其气动、调节特性的研究目前尚未开展。此外，噪声水平事关全船的生命力，调节阀一直是机组主要的噪声源之一，其噪声亟待降低。本文针对大功率船用机组调节阀调节特性良好、通流能力强、噪声低的技术需求，提出并设计了一种可应用于船用变工况汽轮机的带有静流元件的调节阀结构，对其进行三维流场分析，归纳了流量特性，阻力特性，噪声特性等，设计了多方案试验件并进行了试验验证。 带有小孔的静流元件是将流体流动面积分为众多小面积的结构，可达到分步压降的效果。由于小孔参与了调节，该型阀门调节特性发生了显著性的改变。本研究确定了开孔方式与数目，提出了多孔介质模型用于模拟静流元件中的压力损失的简化方法。应用计算流体力学软件CFX分析了带静流元件的阀门在不同结构方案、不同开度下的流场，得到流量特性与阻力特性规律，具体表现为阀门的流量在中小开度下随升程接近线性变化，到了大开度时流量仍平缓增加，阀门的调节特性靠阀头与阀座的开度变化与静流元件上小孔面积的变化组合实现。计算得到了不同方案的理论流量系数曲线。在加入静流元件后，阀门前后压比的变化对理论流量系数影响较小。之后对引起调节阀内气动噪声的主要原因进行了分析，采用大涡模拟方法对阀内流场进行了计算，得到阀内流场相关参数的时变特性。根据瞬态流场结果导入声学软件LMS Virtual lab Acoustics对相应工况进行噪声预估，在阀门中引入静流元件能够改善小开度下流场的均匀性和噪声水平。随着周向开孔数目的增加，阀门相应的低频噪声性能变得更好。 在风洞试验台上对带静流元件的该型阀气动及噪声性能进行了试验验证，更改静流元件试验件上的开孔数目做与仿真计算的对比试验。对得到的数据利用贝塞尔标准偏差的方法进行了筛选和整理。通过流量系数曲线的形式比较分析，获得不同试验方案的气动特性，进一步发现了压比、相对升程、开孔数目等变量对新型结构阀门的流量系数影响规律。通过对比，计算结果对试验结果具有较好的预测能力。在等流量，等压比的原则下对比分析了不带静流元件和带静流元件的调节阀的噪声试验数据，结果表明加装静流元件后能够降低阀门的气动噪声，最大降低约7dB。 |
| 作者： | 张泰然 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 刘建成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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