電動(dòng)固定式錐形閥設(shè)計(jì)優(yōu)化

一、電動(dòng)固定式錐形閥設(shè)計(jì)優(yōu)化用途及結(jié)構(gòu)
之前介紹組合式減壓閥在國(guó)華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹固定錐形閥由埋設(shè)管、閥體、套筒、電動(dòng)裝置、絲桿、連桿等幾個(gè)部份組成，其結(jié)構(gòu)為外套筒形式，即閥體固定。它是采用絲桿螺母伸縮動(dòng)作，帶動(dòng)外套筒上下動(dòng)作，達(dá)到閥門的啟閉目的。它廣泛應(yīng)用于水利、水電、水庫(kù)等工程上。在目前常見的供水系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)使用錐形閥，來便于對(duì)水流進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，而錐形閥主要是通過改變活動(dòng)套筒與固定錐體之間的距離來實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。
但是，在水電站大壩中，由于水電站大壩往往會(huì)存在不少帶有坡度的斜面，而目前市面上常見的錐形閥，其閥體大多與水平面平行，則常見的錐形閥無法在其上正常安裝和使用。固定錐形閥是水利工程中重要的管道控制設(shè)備,在工程高水頭、大流量、高流速的工況下使用,閥門出口水流直接排入河道及導(dǎo)流涵洞,空化、氣蝕問題嚴(yán)重,噪音及振動(dòng)大,其排放過程需要控制流量和消除管道出口的介質(zhì)能量,而固定錐形閥則能滿足實(shí)際工程需要。它與普通錐形閥的主要區(qū)別是在閥門出口端設(shè)計(jì)了一個(gè)導(dǎo)流罩,可以減小管道出口流體的能量,減弱其對(duì)下游管道、河流或建筑物的沖擊。本文通過對(duì)傳統(tǒng)固定消能錐形閥進(jìn)行仿真分析,從而提出一種新型改進(jìn)方案,能夠提高產(chǎn)品的使用性能和壽命。首先通過Solidworks三維建模軟件,對(duì)武漢亞美閥門制造有限公司提供的DN1600型錐形閥圖紙進(jìn)行三維實(shí)體建模,文中統(tǒng)稱之為傳統(tǒng)固定錐形閥,并對(duì)傳統(tǒng)固定錐形閥的部分零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,導(dǎo)入進(jìn)ANSYS Workbench協(xié)同仿真平臺(tái),根據(jù)錐形閥實(shí)際工作情況,在ANSYS Workbench中的模擬軟件Fluent中進(jìn)行流體分析,然后運(yùn)用Fluent中的后處理系統(tǒng)對(duì)錐形閥的各個(gè)相關(guān)因素進(jìn)行分析,得出可視化的流動(dòng)狀況及錐形閥內(nèi)部壓力、速度、氣含率分布云圖。再運(yùn)用Static Structure對(duì)傳統(tǒng)固定錐形閥進(jìn)行流固耦合分析和靜態(tài)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析,以此校核整個(gè)閥門系統(tǒng)是否符合設(shè)計(jì)要求。在整體結(jié)構(gòu)符合使用要求的情況下,單獨(dú)對(duì)部分零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析,計(jì)算出其運(yùn)行狀態(tài)。然后在原DN1600型固定錐形閥的基礎(chǔ)上進(jìn)行新型固定錐形閥的設(shè)計(jì),利用二維平面電子圖CAXA進(jìn)行草圖繪制,對(duì)新型固定錐形閥的部分零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改與調(diào)整,但保證新型固定錐形閥與傳統(tǒng)固定錐形閥在結(jié)構(gòu)尺寸上大部分是一致的,應(yīng)用SolidWorks進(jìn)行三維模型的建立,然后利用和傳統(tǒng)錐形閥一樣的分析方法對(duì)新型固定錐形閥進(jìn)行流體、流固耦合分析、結(jié)構(gòu)力學(xué)等分析,得出相關(guān)數(shù)值云圖。后在兩種固定錐形閥都符合使用要求的情況下,將新型固定錐形閥得出的結(jié)果與傳統(tǒng)固定錐形閥進(jìn)行分析比較,從而得出新型固定錐形閥在使用性能上較傳統(tǒng)固定錐形閥有一定的優(yōu)勢(shì),新型固定錐形閥具有流體流通能力較高、運(yùn)行摩擦阻力較小、傳動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。本文通過對(duì)固定消能錐形閥進(jìn)行分析與改進(jìn),建立一套完整的設(shè)計(jì)分析、流量系數(shù)、應(yīng)力位移的計(jì)算方法,從而為對(duì)分析其他類型的閥門提供一些參考依據(jù)

二、電動(dòng)固定式錐形閥設(shè)計(jì)優(yōu)化產(chǎn)品特點(diǎn)
1、水力條件好，具有較高的流量系數(shù)u=0.73~0.83。
2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕；布置緊湊，操作靈活，維護(hù)方便、運(yùn)行可靠、啟閉力小。
3、泄流時(shí)噴出水舌為喇叭狀，空中擴(kuò)散摻氣、消能效果好，一般都不用做消能措施，如設(shè)置為淹沒式出流，側(cè)水下的消能也很簡(jiǎn)單。
三、使用與維護(hù)
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥錐形閥的布置與周圍建筑物有密切關(guān)系，如布置不當(dāng)時(shí)，因射流引起對(duì)建筑物的沖刷或形成的霧氣對(duì)電站的運(yùn)行帶來麻煩，以及放水時(shí)引起的顯著震動(dòng)，因此布置形式必須慎重考慮。
錐形閥經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，應(yīng)對(duì)錐形閥進(jìn)行定期清掃、去銹、油漆，應(yīng)對(duì)錐形閥的油缸、液壓站進(jìn)行定期檢查和油加，定期檢查和更換密封圈及止水橡膠，保證閥門處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、電動(dòng)固定式錐形閥設(shè)計(jì)優(yōu)化主要技術(shù)參數(shù)
1.閥體材料：碳鋼、不銹鋼
2.公稱壓力PN：0.6～4.0MPa
3.公稱通徑DN:200～2000mm
4.強(qiáng)度試驗(yàn)：PN×1.5
5.密封試驗(yàn)：PN×1.1
6.使用溫度T:0～70℃
7.連接形式：法蘭、焊接
8.適用介質(zhì)：水、污水
9.操作機(jī)構(gòu)：蝸輪、電動(dòng)、液動(dòng)、氣動(dòng)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)另附使用說明

四、電動(dòng)固定式錐形閥設(shè)計(jì)優(yōu)化選擇布置
錐形閥的布置與樞紐建筑物有密切關(guān)系,如布置不妥,將因射流引起對(duì)建筑物之沖刷或形成的霧氣對(duì)電站的運(yùn)行帶來麻煩,以及放水時(shí)引起的顯著震動(dòng),因此,布置形式必須慎重考慮，我們建議根據(jù)地貌和實(shí)際情況，主要從出口方式、安裝方式和發(fā)散方式三個(gè)方面入手，合理安排錐形閥的布置。
1、出口方式的選擇：
(1)  淹沒式：適合水頭較低的溝渠等灌溉或飲用水系統(tǒng)，出口四周都為寬闊平坦，以沙石地形為主；
(2)  噴射式：適合水頭較高、陡峭山體場(chǎng)合；
2、安裝方式的選擇：
(1)  水平安裝：適合于消能池較薄弱、但場(chǎng)地寬廣、周圍無建筑物；
(2)  垂直安裝：適合場(chǎng)地狹小或近距離建筑物較多。
(3)  可選角度安裝：介于水平安裝與垂直安裝之間。
3、發(fā)散形式選擇：
(1)  自由發(fā)散型：在空氣中自由發(fā)散，根據(jù)水頭大小形成不同范圍的發(fā)散區(qū)域；
(2)  限制發(fā)散型：利用導(dǎo)流罩有效控制錐形閥的出口發(fā)散程度：都用于水頭高，出口狹小，涉及建筑物或其他設(shè)施等；如圖所示，用戶應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)消能池或泄洪渠的具體尺寸選擇合適的導(dǎo)流罩，具體如圖所示，a、b為導(dǎo)流罩的夾角延長(zhǎng)線，L為消能池或泄洪渠的寬度，H為導(dǎo)流罩夾角頂部到消能池或泄洪渠表面的高度，按等邊三角形原理計(jì)算該選用的導(dǎo)流罩角度。大口徑多級(jí)消能固定錐形閥與普通固定錐形閥的區(qū)別是閥門出口帶有一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)流罩,同時(shí)大口徑多級(jí)消能固定錐形閥進(jìn)行了多項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì),具有普通固定錐形閥的所有特點(diǎn),除了可用于普通固定錐形閥的對(duì)空消能或者淹沒消能場(chǎng)合外,還可應(yīng)用于高壓差及管中消能的場(chǎng)合。目前對(duì)大口徑多級(jí)消能固定錐形閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究很少,本文利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和有限元分析方法對(duì)該類產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化研究,能夠提高產(chǎn)品的可靠性,降低制造的成本。通過對(duì)該類產(chǎn)品進(jìn)行CFD數(shù)值模擬計(jì)算,計(jì)算其流量系數(shù),了解其消能效果。與本產(chǎn)品相關(guān)論文禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護(hù)