帶靜流元件的某船用閥門(mén)氣動(dòng)及聲學(xué)特性研究.pdf

1、汽輪機(jī)作為高效可靠的動(dòng)力來(lái)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(guò)調(diào)節(jié)閥自身開(kāi)度變化來(lái)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(duì)其氣動(dòng)、調(diào)節(jié)特性的研究目前尚未開(kāi)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(duì)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(duì)其

2、進(jìn)行三維流場(chǎng)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(dòng)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(mén)調(diào)節(jié)特性發(fā)生了顯著性的改變。本研究確定了開(kāi)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(jiǎn)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(mén)在不同結(jié)構(gòu)方案、不同開(kāi)度下的流場(chǎng)，得到流量特性與阻力特性規(guī)律，具體表

3、現(xiàn)為閥門(mén)的流量在中小開(kāi)度下隨升程接近線性變化，到了大開(kāi)度時(shí)流量仍平緩增加，閥門(mén)的調(diào)節(jié)特性靠閥頭與閥座的開(kāi)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(mén)前后壓比的變化對(duì)理論流量系數(shù)影響較小。之后對(duì)引起調(diào)節(jié)閥內(nèi)氣動(dòng)噪聲的主要原因進(jìn)行了分析，采用大渦模擬方法對(duì)閥內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算，得到閥內(nèi)流場(chǎng)相關(guān)參數(shù)的時(shí)變特性。根據(jù)瞬態(tài)流場(chǎng)結(jié)果導(dǎo)入聲學(xué)軟件LMS Virtual lab Acoustics

4、對(duì)相應(yīng)工況進(jìn)行噪聲預(yù)估，在閥門(mén)中引入靜流元件能夠改善小開(kāi)度下流場(chǎng)的均勻性和噪聲水平。隨著周向開(kāi)孔數(shù)目的增加，閥門(mén)相應(yīng)的低頻噪聲性能變得更好。
　　在風(fēng)洞試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)帶靜流元件的該型閥氣動(dòng)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(kāi)孔數(shù)目做與仿真計(jì)算的對(duì)比試驗(yàn)。對(duì)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(guò)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(dòng)特性，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了壓比、相對(duì)升程、開(kāi)孔數(shù)目等變量對(duì)新型結(jié)構(gòu)閥門(mén)