您好,欢迎进入上海明精防腐阀门制造有限公司网站!
全国服务热线:021-63800050/63815180
上海明精防腐阀门制造有限公司
产品搜索
PRODUCT SEARCH
产品分类
PRODUCT CLASSIFICATION
您现在的位置:首页 > 技术文章 > 蝶阀活门动态特性分析

蝶阀活门动态特性分析

浏览次数:1949发布日期:2013-10-25

              流固耦合技术在水轮机蝶阀活门动态特性分析中的应用

1概述水轮机蝶阀的活门是水轮机的重要部件。活门在关闭位置时,承受全部水压力;在全开位置时,处在水流中心,因此,活门需要足够的强度和刚度。同时,活门处于开启位置时,来水要经过活门,产生的流体紊乱会导致活
        1 概述
        水轮机蝶阀的活门是水轮机的重要部件。活门在关闭位置时,承受全部水压力;在全开位置时,处在水流中心,因此,活门需要足够的强度和刚度。同时,活门处于开启位置时,来水要经过活门,产生的流体紊乱会导致活门的振动,因此要求活门具有良好的水力性能。
        本文利用有限元分析软件ADINA,采用直接耦合的方法,对某型号活门进行动态特性分析,求解活门在流体中的固有频率;根据计算结果,进行结构上的优化,从而确保流体的激振频率远离活门的固有频率,可以保证活门在开启状态下,不会因为卡门涡,造成活门振动加重,甚至出现裂纹破坏。
        2 数学模型
        流固耦合的主要表现为:流体的流动作用在结构表面,构成结构流体边界,引起结构的变形振动;同时结构变形改变流体的流动空间,构成新的流体的运动边界,导致流场变化。这两种介质的相互作用耦合在一起,构成一个整体。
        2.1 不可压缩黏性流体流动的有限元方程
        不可压缩黏性流体流动的连续方程和Navieostokes方程
        
        将计算区域分为有限多个单元,可以得到相应的有限元方程
        
        式中:各个下标α、β、γ=1、2、⋯、r(r为单元的节点总数),各系数阵的上标和变量的下标i、j、k=1、2、3,分别代表空间坐标x、y、zo
        应用相同的方法可以导出关于连续方程的单元,有限元方程
        
        将有限元方程按计算区域根据一定的方式迭加起来,便得到了关于求解不可压缩薪性流体流动的总体矩阵方程如下
        
        2.2 弹性结构体的有限元方程
        动态中单元的运动方程为
        
        结构整体的运动方程式可以用单元的运动方程作为基础,按一定的方式叠加而得到
        
        结构整体的有限元方程为
        
        2.3 流固藕合的有限元方程
        考虑流体的作用,弹性体在流体中离散后的结构动力学方程应该写成
        
        其中,F(t)为节点外加载荷向量,Rt(t)为流体与结构相互作用而产生的附加节点向量,它们都是压力P的函数。
        所以可以写成
        
        在流动水场中,求解流体弹性问题的扰动流程不仅与弹性体的变形有关,还与初始流动水场的速度有关。这时水压力不仅产生了附加质量,还产生了附加阻尼项和附加刚度项,流固耦合问题的物理实质是联合求解方程组
        
        3 计算结果
        利用有限元分析软件ADINA,进行水轮机蝶阀活门的动态特性分析,首先计算活门在空气中的固有频率,同时计算活门在流体中的固有频率,比较活门在两种介质中的动态特性的差异。活门计算有限元模型见图1。

图1 活门计算有限元模型

        3.1 活门在空气中的动态特性
        首先计算活门在空气中的固有频率,如图1-图6所示。

图2 活门*阶固有频率(空气中)

图3 活门第二阶固有频率(空气中)

图4 活门第三阶固有频率(空气中)

图5 活门第四阶固有频率(空气中)

图6 活门第五阶固有频率(空气中)

        3.2 活门在水中的动态特性
        采用ADINA的流固耦合技术,计算活门在水中的固有频率。计算模型的网格与计算空气中活门固有频率一致,考虑流体的附加质量和附加刚度,水中结构件的固有频率会有改变,改变的幅度,也在计算中得到体现。如图7-图11所示。

图7 活门*阶固有频率(水中)

图8 活门第二阶固有频率(水中)

图9 活门第三阶固有频率(水中)

图10 活门第四阶固有频率(水中)

图11 活门第五阶固有频率(水中)

        针对同一振型的固有频率,得到表1所列结果。

表1 固有频率结果


        3.3 计算结果
        经过计算,活门在流场中的固有频率比空气中的固有频率有所下降,而且,对于不同的振型,固有频率下降幅度不同;模型振型阶数发生变化。
        4 结论
        利用有限元分析软件ADINA,对某型号的水轮机活门进行了动态特性分析。采用流固耦合方法,求解了活门在空气中和流体中的固有频率,改进了已有的求解方法,从而,能够更好地避免活门出现涡流振动的情况。
        计算说明,采用流固藕合技术才能准确的计算活门的固有频率,从而为活门结构的设计、优化及水轮机振动故障的诊断,提供了理论指导。

Contact Us
  • 联系QQ:2355324308
  • 联系邮箱:sh63815099@163.com
  • 传真:021-51611358
  • 联系地址:上海市海宁路1399号众昌金城大厦2619-2622室

扫一扫  微信咨询

热门推荐产品:气动球阀,高压气动球阀,电动球阀,不锈钢电动球阀,电动偏心球阀

©2020 上海明精防腐阀门制造有限公司 版权所有  备案号:沪ICP备09010272号-4

技术支持:智能制造网    GoogleSitemap    总访问量:427428 管理登陆