改善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，Parker Hannifin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，问题很少是泵、气缸或软管。阀门位于中心位置，因此设计一个性能优异的阀门至关重要。在派克汉尼汾液压阀部门，仿真驱动设计是产品开发过程中不可或缺的一部分，Ansys的仿真工具是制造更好的阀门的关键要素之一。万博

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在了部件的可靠性上，包括用于防止此类灾难的阀门。显然，需要提高可靠性。虽然钻井平台上使用的节流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答案的问题。如何设计用于极端动态环境的阀门，使其运行更可靠?如果没有多年的原型设计和测试，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，但同样重要的是随之而来的实际挑战。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设计/改进周期的数量，使阀门更可靠?我们如何确保在竞争激烈的市场中，更新、更安全的阀门设计能够负担得起?

为了帮助解决这些问题，派克工程师通过使用跨多物理场领域的仿真工具来预先验证设计概念。万博Ansys是提供这些工具的合作伙伴。

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，但帕克正是在这里施展它的魔力。在这里，工程师为工业市场(包括海底石油和天然气作业)和移动市场(例如为建筑，农业，林业和其他行业建造重型设备的公司)的客户开发和修改所有类型的阀门设计。

虽然在海底1英里处寻找问题解决方案的公司的要求可能与在测井或采矿作业中寻找重物车辆解决方案的公司的要求大不相同，但为这些解决方案提供基础阀门技术并不总是那么不同。派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。仿真在确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，使用空白表设计方法。在其他情况下，派克库存阀门的计算机辅助设计(CAD)模型被导入机械仿真工具，如Ansys mechanical，团队可以在其中建模最佳方式，以结合客户可能需要的特定特性或功能。万博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，或者通过使用计算流体动力学(CFD)模拟工具，如万博Ansys流利，分析了各种设计的流体性能，以确定每种设计在不同条件下的运行情况。根据每次分析的结果，工程师可以对设计进行改进，以优化阀门的性能或可靠性，并达到理想的材料组合，以平衡强度和成本，等等。

帕克的优势在于，工程师可以设计和改进阀门以满足客户的需求，而不必花时间构建和测试每次设计迭代的原型。Parker的仿真工程师多年来一直将仿真工具与验证测试结合使用，从而建立了对仿真工具提供的“第一次正确”数据准确性的信心。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，而且可能需要完成3次、4次或更多次，“设计-模拟-改进-重复-原型”的开发模式在更短的时间内(通常成本更低)产生了优化的设计。客户不仅可以更快地获得原型，而且原型的设计和工程效果也会更好，因为仿真在原型制造之前已经实现了多次“设计-测试-改进”迭代。只有当工程师找到了一个能够最佳地提供客户指定的特性和功能的候选设计时，他们才会构建阀门的实际原型。

更好的阀门带来更好的业务关系

Parker对仿真工具的不断发展，提高了其解决更复杂问题的能力，这也为Parker带来了新的客户和机会。例如，通过模拟研究海底高压环境下的空化侵蚀，Parker公司的工程师们开发出了一种解决方案，可以极大地减少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。

同样，通过模拟研究用于提升重物的建筑设备中阀门的流动力，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性，从而使车辆更加平稳，性能更高，提高了操作员的生产力和安全性。通过更深入地了解流体力对阀门不同部件的影响，并通过模拟来了解部件几何形状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、更高效的阀门。

模拟在帕克体内蔓延。虽然仿真工程师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仿真，但帕克内部的其他工程师正在使用各种仿真工具来解决更简单的问题。在整个公司内使用许多相同的工具的一个隐藏的好处是能够共享知识，从而更容易地共享最佳实践和方法。

最后，这种模拟的民主化为所有参与者带来了好处。Parker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，Parker的客户可以获得精心设计的液压阀和系统，这些液万博网压阀和系统可以根据客户的规格进行调整，并达到预期的性能。

“Parker对仿真工具的不断发展，提高了其解决更复杂问题的能力，这也为Parker带来了新的客户和机会。”

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