提高压力下阀门性能

由Dave Converse，部门工程经理，和Bipin Kashid，高级仿真工程师，派克汉尼汾液压阀门部门，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、气缸或软管上。阀门位于中心，因此设计一个性能出色的阀门是至关重要的。在派克汉尼汾液压阀门部门，仿真驱动的设计是产品开发过程中不可或缺的一部分，来自Ansys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)大规模漏油事故的机械故障，将全世界的注意力集中在了零部件的可靠性上，包括用于防止此类灾难的阀门。显然，需要改进可靠性。虽然钻井平台上使用的堵漏压井系统和防喷器是基于可靠的液压技术，但它们还不够好。

对于全球的工程组织来说，这些系统的失败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，使其运行更可靠?在没有多年的原型和测试的情况下，组织如何验证新设计将实际交付所需的更高可靠性?在这些问题的背后是严峻的设计和质量保证挑战，但同样重要的是与之相伴随的实际挑战。我们如何减少构建和测试任何新设计原型所需的时间?我们如何才能最大限度地减少更可靠的阀门所需要的设计/改进周期?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的工程师们通过使用跨多物理场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。

一个为性能做好准备的平台

虽然俄亥俄州的伊利里亚远离任何海上石油钻井平台，但它是帕克发挥魔力的地方。在这里，工程师们为工业市场(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，例如为建筑、农业、林业和其他行业建造重型设备的公司。

虽然寻求解决可能发生在海底一英里以下问题的公司的要求可能与寻求伐木或采矿作业中运载重物的车辆解决方案的公司的要求非常不同，但提供这些解决方案的底层阀门技术并不总是那么不同。Parker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要求方面起着决定性的作用。

在某些情况下，使用干净的设计方法。在其他情况下，派克库存阀门的计算机辅助设计(CAD)模型被导入到机械仿真工具中，如Ansys mechanical，在这些工具中，团队可以建模最佳方法，以结合客户可能需要的特定特性或功能。修改后的设计可以通过机械模拟进行应力和性能测试，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，例如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如何运行。根据每次分析的结果，工程师可以对设计进行改进，以优化阀门性能或可靠性，并达到理想的材料组合，以平衡强度和成本等等。

对Parker来说特别有利的是，工程师可以设计和改进阀门以满足客户的需求，而不必花费时间来构建和测试每个设计迭代的原型。Parker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，从而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。由于老派的“设计-原型-测试-重复”过程可能需要4到6个月才能完成，并且可能需要完成3次、4次或更多次，因此“设计-模拟-改进-重复-原型”开发模型可以在更短的时间内(通常以更低的成本)产生优化设计。客户不仅可以更快地得到原型，而且原型的设计和工程效果也会更好，因为模拟可以在原型制造之前实现多次“设计-测试-改进”迭代。只有当工程师有一个候选设计，以最佳方式交付客户所指定的特征和功能时，他们才会构造一个实际的阀门原型。

更好的阀门带来更好的业务关系

Parker不断使用模拟工具，提高了解决更复杂问题的能力，这为Parker带来了新客户和机会。例如，通过模拟研究高压海底环境下的空化侵蚀，Parker的工程师开发了一种解决方案，可以极大地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。结果，新的大门打开了。

类似地，通过模拟研究用于建筑设备提升重物的阀门上的流动力，Parker的工程师开发了模拟驱动的优化技术，以消除由流动力引起的阀门不稳定，从而实现更平滑、性能更高的车辆，提高了操作人员的生产力和安全性。通过更深入地了解流动力对阀门不同部件的影响，并通过运行模拟来了解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。

模拟在帕克公司内部扩散开来。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，Parker内部的其他工程师则使用各种模拟工具来解决更简单的问题。在整个公司范围内使用许多相同工具的一个潜在好处是能够共享知识，从而更容易共享最佳实践和方法。

最后，这种模拟的民主化为每个参与者带来了好处。派克液压阀门部门的工程师可以更快、更低的成本开发出更好的产品，派克的客户可以获得设计精良的液压阀门和系统，这些阀门和系统可以根据他们的规格进行调整，并按预期执行。

“帕克不断使用模拟工具，提高了解决更复杂问题的能力，这为帕克带来了新客户和机会。”

额外的资源:

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