[发明专利]一种输流管路系统中单座式调节阀涡激振动应力计算方法

说明书

本发明公开了一种输流管路系统中单座式调节阀涡激振动应力计算方法，步骤如下：1、获取单座式调节阀运行工况下控制参数；2、根据运行控制参数计算伺服驱动系统输出位移；3、根据输出位移建立执行机构动力学方程；4、建立单座式调节阀流体动力学模型；5、计算流体涡激载荷；6、建立单座式调节阀执行机构有限元模型；7、计算单座式调节阀执行机构涡激振动应力；8、判断涡激振动应力是否满足要求；若满足要求，将调节阀涡激振动应力结果输出；若不满足要求，返回步骤1。该方法不仅能够准确获得单座式调节阀的涡激振动应力变化特性，而且能够得到阀门内部动态流动特性，对保障系统安全可靠运行具有借鉴意义。

技术领域

本发明属于单座式调节阀的涡激振动特性计算技术领域，具体为一种输流管路系统中单座式调节阀涡激振动应力计算方法。

背景技术

单座式调节阀作为重要的压力、流量调节装置，以其泄漏量小、安装方便等优点被广泛应用于炼化设备、汽轮机等装置的配套输流管路系统中。实际应用中，单座式调节阀由伺服系统驱动执行机构将阀芯控制在任一位置以调节流体流量。当流体通过调节阀时会由于阀芯的绕流作用而形成漩涡。若漩涡脱落频率与结构固有频率接近时会由于流固耦合作用而诱发涡激共振，甚至引起阀杆断裂、连接结构失效等严重后果。因此，如何准确有效分析单座式调节阀的涡激振动特性对保障系统安全可靠运行具有重要意义。

基于此，本发明考虑伺服机构驱动、执行机构振动、涡激载荷激励等因素，给出一种输流管路系统中单座式调节阀涡激振动应力计算方法。所提出的方法不仅能够准确获得单座式调节阀的涡激振动应力变化特性，而且能够有效预测执行机构可能遭受破坏的危险位置，防止对结构安全造成影响。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的在于提供一种输流管路系统中单座式调节阀涡激振动应力计算方法，该方法不仅能够准确获得单座式调节阀的涡激振动应力变化特性，而且能够得到阀门内部动态流动特性，对保障系统安全可靠运行具有借鉴意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种输流管路系统中单座式调节阀涡激振动应力计算方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：获取单座式调节阀运行工况下控制参数；

根据系统控制条件获得单座式调节阀进口压力、出口压力、阀门开度运行控制参数；

步骤二：根据运行控制参数计算伺服驱动系统输出位移；

单座式调节阀伺服驱动系统为液压伺服系统，其中液压缸为一个四通阀控制的对称液压缸；设x_v、x_p分别为四通阀阀芯位移和液压缸活塞输出位移，m_t为活塞质量，B_p为活塞黏性阻尼系数，K_p和F_p分别为负载弹簧刚度和外负载力，则根据流量连续性和力平衡原理可得经拉普拉斯变换后的液压缸活塞输出位移x_p为：

其中K_ce、K_q分别为流量-压力系数和四通阀的流量增益，s为复变量，A_p为液压缸活塞面积，V_t为总压缩容积，β为伺服驱动系统内液体体积的弹性模量。根据式(1)得到液压缸活塞输出位移x_p，该位移即为伺服驱动系统的输出位移；

步骤三：根据输出位移建立执行机构动力学方程；

单座式调节阀的执行机构为球头-阀杆结构，并通过球头与伺服驱动系统相连接；根据步骤二中得到的液压缸活塞输出位移量确定阀杆工作长度，并将球头-阀芯-阀杆结构简化为一个单自由度系统；设阀芯位移为x，则根据力平衡原理可得球头-阀杆结构的动力学方程为：