安全阀流场仿真与动态特性分析.pdf

太原理工大学 硕士学位论文 安全阀流场仿真与动态特性分析 姓名李宝金 申请学位级别硕士 专业机械设计及理论 指导教师廉自生 201205 太原理工大学硕士学位论文～ 安全阀流场仿真与动态特性分析够嘲 摘要 随着煤矿高产高效工作面的快速发展，液压支架也在逐步向着大采高、 大缸径的方向发展。安全阀作为液压支架控制系统中的关键元件，维护着 整个支架系统安全有效的运行。因此对于设计出安全可靠、持久耐用的大 流量安全阀一直是当今科研的重点，本文以F A D l 2 5 ／5 0 型安全阀为研究对象 进行了全面的研究。 本文详细的介绍了安全阀的内部结构和工作原理，同时对安全阀在工 作过程中阀芯所受到的力进行了受力分析和相关计算。并在A M E s i m 仿真环 境下建立了安全阀的仿真模型和在整个支架控制系统溢流过程中的仿真模 型，详细分析了安全阀在实际工作过程中的动态特性，介绍了不同的结构 尺寸等参数对安全阀动态性能的影响，得出了适当增加溢流口的个数有利 于安全阀的快速溢流的结论。 采用C A X A 软件建立了安j 全阀流道的二维仿真模型，并通过F L U E N T 软 件的前处理器G A M B I T 对所构建的理论模型划分合适的网格，对安全阀溢 流过程中流道内部的情况进行仿真。比较分析了安全阀在开口度不同，进 出口压力相同和开口度相同，进出口压力不同时流道内部的速度分布和压 力分布情况。 仿真结果表明液体在流经节流口时速度最大，开口度的大小以及压差 的不同也对溢流速度有着最直接的影响。压差越大以及开口度越小，节流 口处的最大速度就越大。压力降主要分布在节流口处，在节流口附近有一 太原理工大学硕士学位论文 个明显的低压区，而且开口度越小，低压越小；压差越大，低压越小。由 于节流口处的静压值低于水的饱和蒸汽压，所以在此处很容易产生气蚀现 象。由于过流断面的变化，液流速度也发生了变化，在流道拐角等处极易 产生漩涡，并且压差越小漩涡区越小，反之就会越大。随着入口压力的增 大，液流速度变快，节流口处的最小压强变小，进而容易产生气穴、漩涡 等现象。因此增大出口压力或者减小进口压力均有利于增大节流口处的最 小压强，进而减小气穴、漩涡现象的发生几率。 本文针对液压支架用安全阀的研究，对安全阀的结构改进和完善使用 性能，提供了有价值的理论和实际依据，为保证液压支架稳定工作，综采 工作面的安全生产都有着一定的现实意义。 关键词液压支架，安全阀，数值模拟，流场，动态特性 太原理工大学硕士学位论文 V A I V EF L 0 ⅥrF I E L DS I 登n Ⅱ，A T I O NA N D D Y N A M I CA N A L Y S I S A BS T R A C T W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o a lm i n i n ge f f i c i e n c yf a c e ，t h eh y d r a u l i c s u p p o r ta l s og r a d u a l l yt o w a r db i gm i n i n gh e i g h t ，t h ed i a m e t e ro ft h ec y l i n d e r d i r e c t i o n ．S a f e t yv a l v ea s ak e yc o m p o n e n ti nt h eh y d r a u l i cs u p p o r tc o n t r o l s y s t e mt om a i n t a i ns a f e t y a l lde f f e c t i v e l yo p e r a t i o no ft h ee n t i r eH y d r a u l i c s u p p o r ts y s t e m ．S of o rd e s i g no fs a f e ，d u r a b l ea n db i gf l o ws a f e t yv a l v eh a s b e e nt h ef o c u so ft o d a y ’Ss c i e n t i f i cr e s e a r c h ，I nt h i sp a p e r , t h eF A D 12 5 ／5 0s a f e t y v a l v ef o rt h es t u d yo b j e c tc o n d u c t e dac o m p r e h e n s i v es t u d y ． T h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h es a f e t yv a l v ei n t e r n a ls t r u c t u r e ，w o r k i n gp r i n c i p l e a n dt h es a f e t yv a l v es p o o lb yt h es t e a d y s t a t ef l o wf o r c ea n dt h et o t a lf o r c e c a r r i e do u tat h e o r e t i c a la n a l y s i sa n ds i m u l a t i o n ．W h i l et a k i n ga d v a n t a g eo ft h e d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s i m u l a ，t i o ns o f t w a r eA M E s i me s t a b l i s h e dt h es a f e t y v a l v eo ft h es i m u l a t i o nm o d e la n dc o n t r o ls y s t e mi nt h ew h o l eh y d r a u l i cs u p p o r t i nt h ep r o c e s so fo v e r f l o w ，a n dc a r r yo u tad e t a i l e da n a l y s i so ft h ed y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c so ft h es a f e t yv a l v ei nt h ea c t u a lw o r kp r o c e s s ，I n t r o d u c e st h e s t r u c t u r eo ft h ed i f f e r e n td i m e n s i o n so ft h es a f e t yv a l v et h ei n f l u e n c eo f d y n a m i cp e r f o r m a n c e ，d r a wa c o n c l u s i o nt h a ti n c r e a s et h en u m b e ro fo v e r f l o w p o r ti si nf a v o ro ft h es a f e t yv a l v er a p i d l yO v e r f l o w ． 太原理工大学硕士学位论文 U s i n gC A X As o f t - w a r ee s t a b l i s h e dt h es a f e t yv a l v e2ds i m u l a t i o nm o d e l ， a n db yu s i n gf l u i dd y n a m i c s a n a l y s i s s o f t w a r eF L U E N Tf r o n t p r o c e s s o r G A M B I Tf o rg r i dd i v i s i o n ，s i m u l a t et h es a f e t yv a l v ei n t e r n a lf l o wc h a n n e li n t h ep r o c e s so t ’o v e r f l o w ．C o m p a r a t i v ea n a l y s i so ft h es a f e t yv a l v ei nt h eo p e n i n g d e g r e ed i f f e r e n t ，i m p o r ta n de x p o r tt h es a m ep r e s s u r ea n do p e n i n gd e g r e eo ft h e s a m e ，i m p o r ta n de x p o r to fp r e s s u r ed i f f e r e n tt h ev e l o c i t yd i s t r i b u t i o na n d p r e s s u r ed i s t r i b u t i o ni ni n t e r n a lf l o w ． T h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h e r ei st h em a x i m u ms p e e dw h e nt h e l i q u i d f l o w st h r o u g ht h eo r i f i c e ，T h e o p e n i n gd e g r e ea n dt h ed i f f e r e n t i a l p r e s s u r ea l s oh a v et h em o s td i r e c ti m p a c to nt h eo v e r f l o wr a t e ．T h eg r e a t e rt h e d i f f e r e n t i a lp r e s s u r ea n dt h ed e g r e eo fo p e n i n g ，t h eb i g g e rt h em a x i m u m s p e e d o ft h ep l a c e ．P r e s s u r ed r o pi s m a i n l yd i s t r i b u t e di nt h eo r i f i c e ，t h e r ei sa n o b v i o u sa r e ao fl o wp r e s s u r en e a rt h eo r i f i c e ，a n dt h eo p e n i n gd e g r e ei ss m a l l e r , t h eg r e a t e rt h el o wp r e s s u r e ，t h eg r e a t e rt h ep r e s s u r ed i f f e r e n c e ，t h eg r e a t e rt h e l o wp r e s s u r e ．D u et ot h em o u t ho ft h es t a t i cp r e s s u r ev a l u ei no r i f i c eb e l o wt h e w a t e rs a t u r a t i o ns t e a mp r e s s u r e ，S Oh e r ei s v e r ye a s yt op r o d u c ec a v i t a t i o n p h e n o m e n o n ．B e c a u s et h ef l o wc r o s s s e c t i o no ft h ec h a n g e ，t h el i q u i df l o w s p e e da l s oc h a n g e ，i nt h ep l a c es u c ha st h ec o r n e rf l o we a s i l yt oh a v ew h i r l p o o l ， a n dt h es m a l l e rt h ep r e s s u r ed i f f e r e n c et h es m a l l e rt h ew h i r l p o o la r e a ，O nt h e c o n t r a r yt h eb i g g e rw i l lb e ．A l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ei n l e tp r e s s u r e ，t h e f l o w s p e e dl b e c o m e sf a s t e r , t h em i n i m u mp r e s s u r e n e a ro r i f i c eb e c o m e s s m a l l e r ，a n dt h u sp r o n et ot h ep h e n o m e n o no fc a v i t a t i o n ，w h i r l p 0 0 1 ．A si n l e t I V 太原理工大学硕士学位论文 一一 p r e s s u r ei n c r e a s e s ，t h e f l o w s p e e db e c o m e sf a s t e r , s m a l l e r t h em i n i m u m p r e s s u r en e a ro r i f i c eb e c o m e ss m a l l ，a n dt h u sp r o n et o t h ep h e n o m e n o no f c a v i t a t i o n ，w h i r l p 0 0 1 ．T h e r e f o r e ，t Oi n c r e a s et h eo u t l e tp r e s s u r eo rt or e d u c et h e i n l e tp r e s s u r ea r ei sh e l p f u lt oi n c r e a s et h em i n i m u mp r e s s u r e ，a n dt h e nr e d u c e t h ep r o b a b i l i t yo fc a v i t a t i o n ，w h i r l p o o lp h e n o m e n o n ． I nt h i sp a p e r , t h eh y d r a u l i c s u p p o r ts a f e t yv a l v ef o rr e s e a r c h ，t h es t r u c t u r e o ft h er e l i e fv a l v et oi m p r o v ea n dp e r f e c tt h eu s eo fp e r f o r m a n c e ，p r o v i d i n ga v a l u a b l et h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lb a s i s ，t oe n s u r et h es t a b i l i t yo f h y d r a u l i cs u p p o r t ，f u l l yt h eW 7 h o l em e c h a n i z e dw o r k i n gf a c ep r o d u c t i o nh a sa c e r t a i np r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e ． K E Y W O R D S h y d r a u l i cs u p p o r t ，f l o wf i e l d ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c V 太原理工大学硕士学位论文 1 ．1 液压支架概述 1 ．1 ．1 煤炭开采技术的发展现状 第一章绪论 随着现代煤炭开采技术的不断更新，实际生产过程中追求较高的采煤效率、采煤工 作面追求具有更大的安全保障、生产设备具有较高的使用可靠性等已经成为当代采煤工 艺最主要的发展趋势，根本方法是伎采煤工艺与现代高新技术相结合，最有效的方法 就是将当代先进的技术融入到实际生产中，研制出更具实用性、安全性、持久耐用、科 技含量更高的生产设备和监督检测系统1 。2 0 世纪5 0 年代中期，随着全球科学和计算机 技术的迅速发展，综采方法出现了，这标志着当今煤矿开采技术已经步入现代化。 1 9 5 4 年世界上第一个综合机械化采煤工作面在英国成功问世，从这以后，由于其高 效的生产特点得到了大多数国家的青睐，综采技术在世界范围内普遍得到推广使用，成 为了世界煤炭行业发展的主流，截至1 9 7 0 年7 0 0 多个综采工作面已经投入到英国的煤炭 生产中，德国也已经装备了4 0 0 左右的综采工作面，随着这些装备的投入使用，使得这 俩个国家的综采水平均超过了9 0 ％瞳1 。近年来随着科学技术的飞速发展特别是美国、澳 大利亚基本实现了采煤工作面半自动化，正向全自动化方向发展。 随着产量和工效的提高，吨煤成本大幅度下降，澳大利亚和美国高产高效工作面吨 煤成本一般降低11 ．4 ％一19 ．8 ％，个别矿井甚至降低2 7 ．2 ％。经济效益好、市场竞争力 强，矿井安全生产状况也得到明显改善，其中美国和澳大利亚高产高效矿井百万吨死亡 率均接近于零。 迈着改革开放的步伐和我国社会主义市场经济的发展，长壁综采成为了我国煤炭开 采技术的主导发展方向，1 9 7 91 9 8 7 年问我国从国外进口了大量的煤炭开采设备，通 过与国外的技术合作很大程度上提高了我国回采工作面单产，带动了综采配套设备及 技术方面的改革，从矿井设计、生产环节到综采配套设备技术改造，从工人技术素质到 生产管理水平都有了质的飞跃。1 9 9 6 年国家“九五”重要研究课题针对较厚煤层 设计研发的成套生产设备和关键技术得以顺利完成，这标志着我国机械化综采技术已经 成熟，赶超了发达国家水平。神东煤矿分公司将世界上第一个达到7 米开采高度的综采 太原理工大学硕士学位论文 工作面投入生产，该项技术的攻关标志着我国针对中厚煤层生产研发的技术和设备已经 成熟，也引领着我国迈入世界煤炭开采先进大国之列∞1 。 图1 17 米大采高综采成套设备 F i g1 1 ．7m e t e r so fb i gm i n i n gh e i g h tf u l l ym e c h a n i z e dc o a lm i n i n ge q u i p m e n t 1 ．1 ．2 液压支架的结构和工作原理 液压支架在煤矿生产中是支撑采煤工作面顶板以及底板的唯一设备，它在保证采煤 工作面顶板安全支护，将综采工作面与采空区进行隔离，防止岩石进入回采工作面和推 进输送机，保障煤矿工人的生命安全方面发挥着重要的作用H 3 。 液压支架的型式很多。按照液压支架和工作面顶板相互作用的原理进行区分，液压 支架有以下- - 季o o 主要类型支撑式、掩护式、支撑掩护式。图卜1 为Z Y l 0 8 0 0 ／2 8 ／6 3 D 型 掩护式液压支架结构简图，它主要由以下几部分组成 2 太原理工大学硕士学位论文 图1 - - 2 Z Y l0 8 0 0 ／2 8 ／6 3 D 型掩护式支架 F i g u r e1 - - 2 Z Y 10 8 0 0 ／2 8 ／6 3 Dt y p es h i e l ds u p p o r t 1 顶梁用于支撑顶板，承受顶板压力。 2 掩护梁与前后四连杆机构，直接承受冒落矸石的载荷及顶板通过顶梁传递的水平 载荷引起的力矩，同时防止冒落矸石从支架后面窜入架间和工作面。 3 侧护板消除架间缝隙，防止矸石进入支架窨作为支架移架过程中的导向板，防止 支架降落时倾倒，调整支架的间距。 4 前后连杆与掩护梁、底座构成四连杆机构，将掩护梁传来的冒落矸石的载荷和顶 板水平运动引起的载荷传递到底座。 5 底座将来自顶板和冒落区的压力传到底板，又作为支架移动时的滑橇。 6 推移机构用于推移工作面刮板输送机并向前移动液压支架。 7 支柱用于承受顶板的载荷，为支架提供初撑力和工作阻力，并实现支架的升降。 8 平衡千斤项调节项梁和掩护梁间的夹角，提高项梁的切顶性能，同时承受一部分 项梁前端的压力。 9 液压控制系统用以操纵和控制各支柱和千斤顶的伸缩工作b 3 。 太原理工大学硕士学位论文 液压支架以高压液体为工作动力，在液控系统发出的指令信号引导下，通过各种液 压油缸的伸缩，．使支架完成升起、降落、行走和推移运输机等动作，以便支架随工作面 不断推进，进而反复支撑、前移和调整吣1 。 1 ．2 安全阀概述 1 ．2 ．1 安全阀的结构及工作原理 目前支架用安全阀主要有俩种结构形式，一种是弹簧结构，它的主要特点是结构简 单，稳定性好。另一种是充气式结构，即用压缩的气体充当弹性元，这种形式的安全阀 结构更为复杂但是稳定性更好，动态性能也更好，但是充入的压缩气体容易发生泄漏， 同时气体内部的压力也无法得到保证，所以出于安全方面的考虑目前我国大部分矿井使 用的安全阀均为弹簧结构。本文以普通弹簧式安全阀为研究对象，其结构形式如图1 3 所示。其中1 、4 、5 、7 、8 、9 为密封圈，2 为挡圈，3 为阀套，6 、1 3 为阀体，l O 为阀芯， 为弹簧座，1 2 为弹簧，1 4 为调压螺钉，1 5 为定位销。 图1 3 簧全阀结构简图 F i g u r e1 - - 3T h es t r u c t u r ed i a g r a mo fs a f e t yv a l v e 当油压较低不足以克服弹簧力时，此时径向孔位于0 型密封圈的下方，因此安全阀 处于关闭状态立柱下腔油路封闭。当顶板来压剧烈，阀芯一端所受的液压力超出弹簧力 的时候，在液压力的作用下阀芯开始运动，当阀芯周围的径向孔越过密封圈后，安全阀 开始卸载。立柱下腔的液压力回落到一定数值时，弹簧力将阀芯恢复到初始状态。可以 4 太原理工大学硕士学位论文 通过调节调压螺堵来调节弹簧力的大小。 液压支架用安全阀主要在俩个方面发挥着重要的作用一个是溢流卸载。图1 4 为 安全阀工作系统简图，在现实的煤矿生产过程中有时会发生地质条件突然改变等突发情 况，每次通过顶板作用在顶梁上的力会产生突变现象，超过支架支护的极限，加之液控 单向阀反向关闭，使得立柱下腔高压液体无法及时排出，造成立柱下腔的压力急剧增大， 当压力超过安全阀的调定压力时安全阀打开进行溢流卸载时，将高压液体通过安全阀进 行排出，在这种情况下，使支架系统得到及时而又充分的保护。二是卸载后的维护支撑， 即要求安全阀在卸载完成后立刻关闭，此时要求安全阀维持的系统压力要在其调定压力 的9 0 ％以上，但是人们往往容易忽略安全阀的这一作用，如果这一作用不能满足则会给 工作面的维护支撑带来非常严重的安全隐患。 P 图1 4 安全阀工作系统简图 F i g u r e1 4s a f e t yv a l v ew o r k i n gs y s t e md i a g r a m 2 ．2 ．2 安全阀的工况分析与性能要求 立柱控制系统中的安全阀主要用于立柱的过载保护，适应项板不同下沉速度带来的 影响，保证液压支架的可伸缩性和恒阻特性，但是由于回采工作面的工作条件较为特殊 太原理工大学硕士学位论文 而且具有复杂的多变性，这也就决定了安全阀使用工况的多样性，液压支架顶板由于受 到来自矿山压匀、顶板性质、工作面推进速度、回采工艺和支护形式等各个方面的影响， 导致其下沉速度和下沉量变化范围很大，当顶板压力较小时采煤工作在2 “ - - 3 小时循环 一次，立柱处于被动支撑状态，液压油缸在控制范围内进行弹性伸缩，安全阀通常不开 启。当顶板来压较大，但是顶板以较慢的速度下降 0 ．0 0 5 0 ．0 5 m ／m i n ，立柱下腔的 压力增长也相对较慢，需要经过很长时间才能保证立柱的恒阻特性，安全阀偶尔开启， 体现了安全阀在通过的流量较小时的启溢闭特点。但是在采煤和移架过程中，由于破坏 了岩层的平衡，．导致顶板来压剧烈下沉速度也突然变快，有时最高可达1 0 0 m n g s ，立柱 活塞腔的压力迅速增高，安全阀频繁的间断开启流量可达几百乃至上千升，体现安全阀 在通过流量较大时的启溢闭特性“ 3 。’ 鉴于上述情况，安全阀在设计生产中要满足俩方面的要求；一是要具有良好的静态 特性 静态溢闭特性和密封性 当顶板下沉速度较小时，可以保证液压支架的恒阻性，二 是要具有良好的动态特性 稳定性、压力超调量、开启时间、稳压时间 ，当顶板降速较 快时能及时卸载保证液压支架在安全状况下进行工作。如果上述情况不达标，比如超调 量较大，就会给支架零部件的使用寿命带来较大的影响，任何一个性能不达标都会给煤 矿工作面的正j 常工作带来极大的影响，甚至威胁人身安全。 此外良好的密封性对安全阀是非常重要的，它不仅可以减少工作介质的损耗还能避 免安全阀内件的腐蚀，同时安全阀要求具有较高的强度、良好的抗腐蚀能力和抗污染能 力。 按照中华人民共和国煤炭行业标准液压支架用阀M T 4 1 9 1 9 9 9 5 的规定安全阀 性能指标要满足以下要求∽1 。 6 太原理工大学硕士学位论文 表1 1 安全阀试验方法及性能要求指标 T a b l el ‘_ 1T h ep e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t so ft h es a f e t yv a l v ei n d i c a t o r s 试验类别实验项目性能要求 压 ] 波动之不得超过公称压力的1 0 ％，启溢 压力最大值不得超过公称压力的1 1 0 ％，最小 小流量启溢闭特性 值j 不得低于公称压力的9 0 ％，关闭压力值不 得低于公称压力的9 0 ％。 1 公称流量小于1 6 L ／m i n 的阀，启、溢压力 最穴之不得超过公称压力的1 15 ％，最小值不 得低于公称压力的9 0 ％。 2 公称流量大于1 6 L ／m i n e D 小于3 2 L ／m i n 的 特性试验 阀，启、溢压力最大值不得超过公称压力的 1 2 ％。 公称流量启闭特性 3 公称流量大于3 2 L ／m i n f f l ] d “ 于1 0 0 L ／m i n 的 阀，启、溢压力最大之不得超过公称压力的 1 2 5 ％。 4 公称流量大于1 0 0 L ／m i n 的阀，启、溢压力 不得超过公称压力的百分数可由设计者确 定。 2 ．2 ．3安全阀的发展现状与存在的问题 煤炭资源所产生的经济利益在一个国家的经济组成中占有重要的比重。现代开采 技术先进化的一个重要标准，就是高新技术的发展研究与创新和综采设备的成功研制与 推广使用。自8 0 年代至今，世界煤炭生产大国在科技的推动下生产成本得到降低而生 产效率确越来越高，产量也是节节攀升，创造了一个又一个生产记录。使得世界煤炭行 太原理工大学硕士学位论文 业踏上了一个新的台阶。而这其中安全阀在保护支架安全生产中所发挥出的重要作用， 很早就引起了英国、法国、苏联、德国、美国等国家的关注，并进行了大量且细致的研 究工作，研制出了静、动态性能均相对较好的大流量安全阀。 目前国外液压支架用安全阀的流量已经发展到1 0 0 0 L ／m i n ，各类阀的设计早在8 0 年代就已经开始使用流道的有限元分析，这种方法可以优化结构，缩短新阀的研制周期。 而阀的加工制造也从1 9 7 0 年机床进入计算机数控 C N C 阶段时就进入了高精度、高 效率的生产周期阳1 。 最近几十年，国外从工艺着手对安全阀进行工艺改进，同时对安全阀的理论受力分 析、动态特性仿真及其流场分析等方面进行了大量细致的研究工作，取得了非常丰硕的 成果，并且很多研究成果已开始应用到工程实践中。针对一般的液压阀类元件内部流场， 国内外学者已经进行了深刻而细致的研究，对进一步发展和完善安全阀的性能等提供了 有力的理论基础。 S h i g e r uO S H I M A ，T i m oL E I N O 等分析了使用介质分别为水和油的俩种锥阀，通过 比较它们在使用过程中所表现出来的性能，得出了在压差不同时节流口附近的压力、流 量系数、质量流率的动态曲线，这项成果对锥阀的理论以及试验研究都提供了很有价值 的参考口0 | 。 L i n d aT w e e d yT i l l ，G l e n n W e n d e l 利用流体分析软件C F D 对英式阀在入口质量流率 不同的前提下进行了模拟仿真，通过对截面压力云图和速度云图的对比分析，掌握了造 成阀内压力损失的根源，从而更好的对阀进行优化设计n 。 日本的T e t s u h i r oT s u k i j i ，Y o s h i k a z uS u z u k i 在涡量研究方法的基础上，对流动介质 为油的锥阀流道内部介质的流动情况进行了三维模拟仿真，并对相关情况进行了详细的 分析，通过涡量法与边界元法相结合进行研究，在处理掺有移动边界以及紊流等问题时 发挥了很大的作用n 2 | 。 O ．C h e n ，B ．S t o f f e l 为了研究液压伺服阀流道内部的湍流状况，采用C F D 软件进行流 场仿真模拟，并且采用多相混合模型以及标准的k e 模型，阀内流道产生的气穴现象进 行分析。通过分析得知由于阀芯和阀座配合处不可避免的存在间隙的原因，在这些地方 最容易发生气穴现象3 1 。 M ．R ．M o k h t a r z a d e h ．D e h g h 8 ．1 1 采用有限元方法对卸压阀溢流卸载状态下，所表现出的 各方面性能进行分析与研究，通过仿真情况可以看出，由于阀内流道存在拐角等原因， 太原理工大学硕士学位论文 流体在阀内部存在回流现象，这种现象将对阀口处所受的压力带来明显的影响n 引。 M a t t h eJ ．S t e v e n s o n 等在F L U E N T 模拟环境下对液流在高压阀流道内部的流动情况进 行仿真。通过将仿真所得出的结论与早些时候进行的理论研究对比得知数字仿真在对 阀类研究的过程中发挥了巨大的作用，相对于物理实验而言，它具有快速，准确，理想 的特点n5 | 。 M ．B o r g h i ，M i l a n i 细致的分析了安全阀在不同开口度下其阀口流量、阀口压力、液流 速度的变化情况，同时对阀芯内部压力进行积分处理，最后算出了阀芯内部所受的稳态 液动力的准确值6 | 。 P r i y a t o s hB a r m a n 建立了滑阀流道的三维几何模型并进行仿真。通过对结果进行 分析，得出了当滑阀的流量以及压差越大时，其流道内部的介质越容易产生汽化现象， 同时也对该模型从俩相流的角度进行分析，了解了流道内部的气体分布区域、面积等， 为进一步改善滑阀的性能提供了有价值的参二号n 7 | 。 我国对大流量安全阀的研究始于十九世纪八十年代。伴随着科技的进步我国对煤炭 行业的关注度越来越大，技术层次上也取得了飞速发展，我国从1 9 7 3 年至今较大批量 的出资购买德国、英国等发达国家的采煤成套设备，通过对进口设备的参照和吸收，截 止到现在已经形成了相对完善的科研加工流程，在相关方面也有了较大的改进。但是就 目前国内方面来说，我国大多数科研机构对如何生产出高质量、高标准的大流量安全阀 还是一个难题，还并未摆脱对进口的依赖，很多科研工作者只能对安全阀进行一些静态 分析，在动态特性方面进行的工作和研究还远远不够，也很少能够将A M E S i m 、F L U E N T 等软件结合使用8 | ，但是仍然有很多科研学昔在研制安全阀方面做出了很多的努力。 平煤集团设备租赁公司的张新城，孟繁华，尚慧岭从铁谱分析的角度出发，研究 了安全阀损毁的主要原因，研究证明由于水质较硬、介质中含有杂质较多、安全阀材 料的抗锈蚀能力较低、对安全阀设备的维护不到位造成了安全阀的失效。同时提出了一 系列有益的方法用以改善和提高安全阀的寿命和可靠性，具有较高的实用和经济价值 [ 1 9 】 辽宁工程技术大学的王慧在常规设计的基础上，设计了具有双极保护功能的新型安 全阀，并采用F L U E N T 软件和C 十 相结合的方法对其流道进行了模拟仿真，通过对仿 真结果的分析，最终得出了在流道的节流口处最容易产生气穴、汽蚀等现象，为安全阀 的性能改进提供了有价值的参考比0 1 。 太原理工大学硕士学位论文 华北水利水电学院的郑淑娟，依据现有锥阀的实际尺寸，创建了该阀流道的三维模 型，并利用流体动力学软件C F D 进行了锥阀开启状态的仿真计算并进行了可视化仿真 与分析，所取得的仿真结果对阀类零件的设计以及改善其使用性能提供了可靠依据瞠。 海军工程大学兵器新技术应用研究所的张智辉，通过建立锥阀的几何模型，同时利 用F L U E N T 软件中的动网格技术对该几何模型进行流场仿真，并得出了一系列有参考 价值的结论瞳引。 太原理工大学的焦黎栋，依据安全阀的结构及其工作原理，利用功率键合图和状态 空间的方法创建了安全阀系统的动态数学及其仿真模型，并采用S i m u l i n k 软件对该仿 真模型进行了动态仿真，得到了安全阀在开启状态下的阀口压力曲线，阀口流量曲线等， 同时把能对安全阀动态性能产生直接影响的相关参数进行了细致的分析n 8 ‘。 郑煤机集圃液压电控有限公司的邓伟森，用郑州煤机有限公司研发的超高压大流量 安全阀F A D l l 3 1 0 0 ／5 0 为研究对象，从腐蚀性、汽蚀与拉丝以及调压精度这三个角度全面 研究了超高压安全阀的主要技术难点，对影响阀芯启闭特性的相关原因进行了分析，得 出了该安全阀工作状态的动态曲线，验证了该流量超过千升安全阀的安全可靠性心3 。。 郑州煤矿机械集团股份有限公司的史春丽，孙攀，李浩奇，郭丹丹通过解剖分析 从国外进口的安全阀，详细了解了其内部的构造，通过比对找出我国安全阀生产中的不 足之处，进行消化吸收，在此基础上进行改进，为我国安全阀的设计研发提供了指导和 借鉴‘2 引。 中国矿业大学 北京 机电与信息工程学院的孙红波，以目前现有的安全阀性能检 测试验设备为基础，通过分析常用实验台的相关参数，设计研发了一种可对大流量安全 阀动态特性进行试验测试的装置，利用该实验装置获得了安全阀的流量一压力曲线心5 I 。 浙江大学I 拘王扬彬，通过分析传统方法在液压阀设计中存在的缺陷