帶靜流元件的某船用閥門氣動及聲學(xué)特性研究.pdf

1、汽輪機(jī)作為高效可靠的動力來源廣泛應(yīng)用于船舶行業(yè)。艦船汽輪機(jī)具有變工況的運(yùn)行特點(diǎn)，其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)往往是通過調(diào)節(jié)閥自身開度變化來實(shí)現(xiàn)的。隨著船用機(jī)組功率的增加，調(diào)節(jié)閥的尺寸明顯增大，而對其氣動、調(diào)節(jié)特性的研究目前尚未開展。此外，噪聲水平事關(guān)全船的生命力，調(diào)節(jié)閥一直是機(jī)組主要的噪聲源之一，其噪聲亟待降低。本文針對大功率船用機(jī)組調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)特性良好、通流能力強(qiáng)、噪聲低的技術(shù)需求，提出并設(shè)計(jì)了一種可應(yīng)用于船用變工況汽輪機(jī)的帶有靜流元件的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)，對其

2、進(jìn)行三維流場分析，歸納了流量特性，阻力特性，噪聲特性等，設(shè)計(jì)了多方案試驗(yàn)件并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　帶有小孔的靜流元件是將流體流動面積分為眾多小面積的結(jié)構(gòu)，可達(dá)到分步壓降的效果。由于小孔參與了調(diào)節(jié)，該型閥門調(diào)節(jié)特性發(fā)生了顯著性的改變。本研究確定了開孔方式與數(shù)目，提出了多孔介質(zhì)模型用于模擬靜流元件中的壓力損失的簡化方法。應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX分析了帶靜流元件的閥門在不同結(jié)構(gòu)方案、不同開度下的流場，得到流量特性與阻力特性規(guī)律，具體表

3、現(xiàn)為閥門的流量在中小開度下隨升程接近線性變化，到了大開度時(shí)流量仍平緩增加，閥門的調(diào)節(jié)特性靠閥頭與閥座的開度變化與靜流元件上小孔面積的變化組合實(shí)現(xiàn)。計(jì)算得到了不同方案的理論流量系數(shù)曲線。在加入靜流元件后，閥門前后壓比的變化對理論流量系數(shù)影響較小。之后對引起調(diào)節(jié)閥內(nèi)氣動噪聲的主要原因進(jìn)行了分析，采用大渦模擬方法對閥內(nèi)流場進(jìn)行了計(jì)算，得到閥內(nèi)流場相關(guān)參數(shù)的時(shí)變特性。根據(jù)瞬態(tài)流場結(jié)果導(dǎo)入聲學(xué)軟件LMS Virtual lab Acoustics

4、對相應(yīng)工況進(jìn)行噪聲預(yù)估，在閥門中引入靜流元件能夠改善小開度下流場的均勻性和噪聲水平。隨著周向開孔數(shù)目的增加，閥門相應(yīng)的低頻噪聲性能變得更好。
　　在風(fēng)洞試驗(yàn)臺上對帶靜流元件的該型閥氣動及噪聲性能進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，更改靜流元件試驗(yàn)件上的開孔數(shù)目做與仿真計(jì)算的對比試驗(yàn)。對得到的數(shù)據(jù)利用貝塞爾標(biāo)準(zhǔn)偏差的方法進(jìn)行了篩選和整理。通過流量系數(shù)曲線的形式比較分析，獲得不同試驗(yàn)方案的氣動特性，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了壓比、相對升程、開孔數(shù)目等變量對新型結(jié)構(gòu)閥門