電動固定式錐形閥設(shè)計優(yōu)化

一、電動固定式錐形閥設(shè)計優(yōu)化用途及結(jié)構(gòu)
之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹固定錐形閥由埋設(shè)管、閥體、套筒、電動裝置、絲桿、連桿等幾個部份組成，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作，帶動外套筒上下動作，達到閥門的啟閉目的。它廣泛應(yīng)用于水利、水電、水庫等工程上。在目前常見的供水系統(tǒng)中，經(jīng)常會使用錐形閥，來便于對水流進行流量調(diào)節(jié)，而錐形閥主要是通過改變活動套筒與固定錐體之間的距離來實現(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、氣蝕問題嚴重,噪音及振動大,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)計了一個導(dǎo)流罩,可以減小管道出口流體的能量,減弱其對下游管道、河流或建筑物的沖擊。本文通過對傳統(tǒng)固定消能錐形閥進行仿真分析,從而提出一種新型改進方案,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,對武漢亞美閥門制造有限公司提供的DN1600型錐形閥圖紙進行三維實體建模,文中統(tǒng)稱之為傳統(tǒng)固定錐形閥,并對傳統(tǒng)固定錐形閥的部分零部件結(jié)構(gòu)進行調(diào)整,導(dǎo)入進ANSYS Workbench協(xié)同仿真平臺,根據(jù)錐形閥實際工作情況,在ANSYS Workbench中的模擬軟件Fluent中進行流體分析,然后運用Fluent中的后處理系統(tǒng)對錐形閥的各個相關(guān)因素進行分析,得出可視化的流動狀況及錐形閥內(nèi)部壓力、速度、氣含率分布云圖。再運用Static Structure對傳統(tǒng)固定錐形閥進行流固耦合分析和靜態(tài)結(jié)構(gòu)力學分析,以此校核整個閥門系統(tǒng)是否符合設(shè)計要求。在整體結(jié)構(gòu)符合使用要求的情況下,單獨對部分零部件進行結(jié)構(gòu)力學分析,計算出其運行狀態(tài)。然后在原DN1600型固定錐形閥的基礎(chǔ)上進行新型固定錐形閥的設(shè)計,利用二維平面電子圖CAXA進行草圖繪制,對新型固定錐形閥的部分零件結(jié)構(gòu)進行修改與調(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新型固定錐形閥進行流體、流固耦合分析、結(jié)構(gòu)力學等分析,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,新型固定錐形閥具有流體流通能力較高、運行摩擦阻力較小、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點。本文通過對固定消能錐形閥進行分析與改進,建立一套完整的設(shè)計分析、流量系數(shù)、應(yīng)力位移的計算方法,從而為對分析其他類型的閥門提供一些參考依據(jù)

二、電動固定式錐形閥設(shè)計優(yōu)化產(chǎn)品特點
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)簡單，重量輕；布置緊湊，操作靈活，維護方便、運行可靠、啟閉力小。
3、泄流時噴出水舌為喇叭狀，空中擴散摻氣、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)水下的消能也很簡單。
三、使用與維護
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：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，如布置不當時，因射流引起對建筑物的沖刷或形成的霧氣對電站的運行帶來麻煩，以及放水時引起的顯著震動，因此布置形式必須慎重考慮。
錐形閥經(jīng)一段時間運轉(zhuǎn)后，應(yīng)對錐形閥進行定期清掃、去銹、油漆，應(yīng)對錐形閥的油缸、液壓站進行定期檢查和油加，定期檢查和更換密封圈及止水橡膠，保證閥門處于正常運轉(zhuǎn)。

三、電動固定式錐形閥設(shè)計優(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.強度試驗：PN×1.5
5.密封試驗：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.操作機構(gòu)：蝸輪、電動、液動、氣動（執(zhí)行機構(gòu)另附使用說明

四、電動固定式錐形閥設(shè)計優(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,將因射流引起對建筑物之沖刷或形成的霧氣對電站的運行帶來麻煩,以及放水時引起的顯著震動,因此,布置形式必須慎重考慮，我們建議根據(jù)地貌和實際情況，主要從出口方式、安裝方式和發(fā)散方式三個方面入手，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、但場地寬廣、周圍無建筑物；
(2)  垂直安裝：適合場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算該選用的導(dǎo)流罩角度。大口徑多級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特殊設(shè)計的導(dǎo)流罩,同時大口徑多級消能固定錐形閥進行了多項創(chuàng)新設(shè)計,具有普通固定錐形閥的所有特點,除了可用于普通固定錐形閥的對空消能或者淹沒消能場合外,還可應(yīng)用于高壓差及管中消能的場合。目前對大口徑多級消能固定錐形閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的研究很少,本文利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論和有限元分析方法對該類產(chǎn)品進行優(yōu)化研究,能夠提高產(chǎn)品的可靠性,降低制造的成本。通過對該類產(chǎn)品進行CFD數(shù)值模擬計算,計算其流量系數(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