对近年来阀门密封性能的理论研究、数值模拟以及实验研究进行总结,主要侧重密封机制研究。总结的密封性能主要研究内容包括:从阀门密封的接触机制方面分析密封比压、微通道泄漏率以及热固耦合;从长期运行下阀门密封损伤角度分析阀门密封的汽蚀、冲蚀、磨损、腐蚀等损伤。对阀门密封性能研究的发展方向进行展望:完善阀门密封接触理论以及泄漏预测理论;强化高参数工况下阀门密封的热固耦合计算;基于多种方法开展密封损伤因素的耦合研究;推动高性能密封材料的研发。

低温球阀是液化天然气(LNG)接收站中必不可少的流体管道控制装置之一,其在低温工况下工作时阀座密封易发生泄露,严重威胁工业生产的正常运行。本工作基于热固耦合方法研究了LNG接收站用低温球阀唇形密封圈与阀体和阀座的接触特性,包括接触间隙和接触压力。结果表明,受低温介质的影响,唇形密封圈上存在较大温差,导致密封圈上的Mises应力大幅增加,最大Mises应力达到204.92 MPa。相比于常温工况时,低温工况时唇形密封圈的接触间隙变大,接触压力减小,最大接触间隙值达到-0.72 mm。增大弹簧预紧力在一定程度上可以改善低温工况时唇形密封圈的密封性能,增大接触压力。本工作对低温球阀的阀座密封设计和研究具有一定参考价值。

由于减压元件的节流作用,流体流经减压阀时压力降低,湍动程度增加,易引发剧烈噪声。在减压阀后设置降噪孔板是一种常用的降噪方式,具有经济简便,降噪效果优良的特点。提出一种球形降噪孔板,研究球形降噪孔板的设置方向及其锥角对过热蒸汽的流动特性和噪声声源的影响。借助Fluent软件,采用k-ε和宽频噪声模型,对在直角形多级套筒式减压阀后设置降噪孔板的流道进行数值模拟。在相同工况下,分析过热蒸汽的流动情况及声功率级,研究不同结构降噪孔板的降噪性能,为减压阀降噪措施的研究提供参考。

为充分认识先导式阀门的优势,有效提升先导式阀门的使用性能,从先导结构的驱动部件、弹簧组件、阀芯和阻尼孔四个方面,整理了先导式阀门的最新发展;从压力控制、流量控制和方向控制三个方面介绍了先导结构控制先导式阀门所实现的不同功能;从静态特性和动态特性两个角度分析了不同先导结构对先导式阀门性能的影响。结果表明:先导式阀门的阀芯形式、阻尼孔位置对阀门性能影响较大;对于流量控制和方向控制的控制策略还需进一步创新;先导式阀门的动态、静态特性指标之间存在一些不统一的地方。未来,新型特种先导式阀门开发、先导结构参数对阀门动静态特性影响的量化分析将是重要的研究方向。

在小开度的情况下,在椭球形阀芯外侧安装多孔笼罩的方法对于抑制阀门流场的空化有着较好的效果。为了研究笼罩结构参数对带多孔笼罩椭球形阀芯空化的影响,进一步提高多孔笼罩抑制空化作用的效果,建立了小开度下带多孔笼罩椭球形阀芯的数值模型。在相同开度下,对不同笼罩直径、不同笼罩孔数以及不同笼罩孔径的模型进行数值模拟比较。结果表明,大直径少孔小孔径的多孔笼罩抑制空化的效果最好。当多孔笼罩开孔率恒定时,优先考虑孔数少的多孔笼罩。本文的研究对于多孔笼罩的设计和阀内空化的抑制有着一定的指导意义。

为了优化旁路系统减压阀阀体结构以提升其在高参数工况下的安全性能,采用有限元分析方法对某高压旁路系统减压阀承压热冲击强度进行了数值模拟分析,获得了在瞬态和稳态工况下阀体的温度场与应力场的分布情况及其变化规律。模拟结果表明：开启工况下,阀体应力经历先增大后减小直至稳定的变化过程,395 s时综合应力值达到最大值131.3 MPa;稳态工况下,最大综合应力值出现于第1级孔板前的位置,数值为96.597 MPa。由此可得结论：减压阀瞬态工况为危险工况,温差应力占主导地位。阀体设计中应避免阀体壁厚突变的结构。

使用高温高压蒸汽推动汽轮机可以实现能量的转化,而针对蒸汽的调控直接影响到能量的转化效率和系统的安全性。减压阀作为蒸汽辅助动力系统的核心部件,主要对高温高压蒸汽进行调控,使其压力和温度等参数被调节到特定范围。节流特性是减压阀的主要性能指标,以一种新型多级角式减压阀为研究对象,采用计算流体力学方法,考察了笼罩式阀芯和节流孔板的间距对节流特性的影响,具体分析了不同间距下流动特性、湍流耗散率、温度特性和压比特性等节流性能。研究结果为后续开展类似减压阀的节流优化设计提供参考。