提高阀门在压力下的性能

由Dave Converse，部门工程经理，和Bipin Kashid，高级仿真工程师，帕克汉尼芬液压阀部门，伊利里亚，俄亥俄州

人们常说，液压阀是液压系统的“心脏”。如果系统不稳定，问题很少出在泵、汽缸或软管上。阀门位于中心位置，因此设计一个性能异常的阀门是至关重要的。在Parker Hannifin的液压阀门部门，仿真驱动设计是产品开发过程中不可或缺的一部分，而Ansys中的仿真工具是构建更好阀门的关键元素之一。

导致2010年深水地平线(Deepwater Horizon)大规模石油泄漏的机械故障，将全世界的注意力集中到了零部件的可靠性上，包括旨在防止此类灾难发生的阀门。显然，需要提高可靠性。虽然在钻井平台上使用的节流-杀伤系统和防喷器是基于可靠的液压技术，但它们根本不够好。

对于全球的工程组织来说，这些系统的故障提出了需要回答的问题。如何设计用于极端动态环境的阀门，使其运行更加可靠?在没有多年的原型和测试的情况下，一个组织如何验证新设计将实际交付所需要的更高的可靠性呢?在这些问题的背后是严重的设计和质量保证挑战，但同样重要的是与之相伴的实际挑战。我们怎样才能减少构建和测试新设计原型所需的时间?我们怎样才能将设计/改进周期的数量减少到更可靠的阀门所需的数量?我们如何确保更新、更安全的阀门设计在竞争激烈的市场中是负担得起的?

为了帮助解决这些问题，Parker工程师通过使用跨多物理领域的模拟工具来预验证设计概念。Ansys是提供这些工具的合作伙伴。

一个为性能准备的平台

虽然俄亥俄州的伊利里亚远离任何海上石油钻井平台，但帕克正是在这里施展了它的魔力。在这里，工程师为工业市场(包括海底油气作业)和移动市场的客户开发和修改所有类型的阀门设计，如建筑、农业、林业和其他行业的重型设备制造公司。

虽然在海底一英里处寻找解决方案的公司的要求与在伐木或采矿作业中寻找运载重物的车辆的解决方案的公司的要求似乎非常不同，但提供这些解决方案的底层阀门技术并不总是那么不同。帕克有许多液压阀平台，可以定制和修改，以满足广泛的客户要求。模拟在决定如何最好地满足这些需求方面起着决定性的作用。

在某些情况下，使用了干净的设计方法。在其他情况下，帕克公司的库存阀的计算机辅助设计(CAD)模型被导入到机械仿真工具中，如Ansys mechanical，团队可以在此建模以最佳方式结合客户可能需要的特定功能或功能。修改后的设计可以通过机械模拟对压力和性能进行测试，以分析阀门及其部件的物理方面，或者使用计算流体动力学(CFD)模拟工具，如Ansys流利，分析设计的流体性能，以确定每种设计在不同条件下将如何运行。基于每次分析的结果，工程师可以对设计进行改进，以优化阀门的性能或可靠性，并达到一个理想的材料组合，以平衡强度和成本等。

对帕克来说，特别有利的是，工程师可以根据客户的需求设计和改进阀门，而不必花时间构建和测试每个设计迭代的原型。帕克公司的模拟工程师多年来一直将模拟工具与验证测试结合使用，因此对模拟工具所呈现的数据的“第一时间正确”准确性建立了信心。由于“设计-原型-测试-重复”的老派过程可能需要4到6个月才能完成——可能需要完成3次、4次或更多次——“设计-模拟-改进-重复-原型”的开发模型在更短的时间内(通常以更低的成本)产生优化设计。客户不仅会更快地得到原型，而且原型的设计和工程也会更好，因为模拟在原型制造之前实现了多次“设计-测试-优化”迭代。只有当工程师有一个设计候选方案，能够最佳地交付客户指定的特性和功能时，他们才会构建一个实际的阀门原型。

更好的阀门带来更好的商业关系

帕克对模拟工具的不断使用增加了它解决更复杂问题的能力，这为帕克带来了新的客户和机会。例如，通过模拟研究高压海底环境下的空化侵蚀，Parker的工程师们开发出了一种解决方案，可以显著降低由空化侵蚀引起的常用海底系统固有的不稳定性，从而克服了困扰油气公司多年的问题。新的大门打开了。

同样，通过模拟研究用于建筑设备吊装重物的阀门上的流动力，帕克的工程师开发了模拟驱动优化技术，以消除由流动力引起的阀门不稳定性，从而开发出更平稳、性能更高的车辆，提高了作业人员的生产率和安全性。通过更深入地了解流体力对阀门不同组件的影响，并通过运行模拟来了解该部件几何形状的变化可能产生的影响，Parker能够制造出比竞争对手更稳定、更可靠和更高效的阀门。

模拟正在帕克内部扩散。当一个由模拟工程师组成的专业团队在强大的工作站或云中的高性能计算(HPC)系统上运行更复杂的模拟时，帕克公司的其他工程师正在使用各种模拟工具来解决更简单的问题。在整个公司中使用许多相同的工具的一个隐藏的好处是能够共享知识，使共享最佳实践和方法更容易。

最后，这种模拟的民主化为所有参与者带来了好处。帕克液压阀部门的工程师可以以更快的速度和更低的成本开发出更好的产品，帕克的客户可以获得设计精良的液压阀和系统，这些阀和系统可以根据他们的规格进行调整，并达到预期的性能。

帕克对模拟工具的不断使用提高了它解决更复杂问题的能力，这为帕克带来了新的客户和机会。”

额外的资源:

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