调节阀的主要作用是调节介质的压力、流量、温度等,是生产操作中的最终控制元件,在工厂企业的自动控制中,调节阀起着十分重要的作用。单座调节阀作为最常见的控制阀,在石油化工、电力、纺织、冶金等行业均有大量的应用,会经常处于高温高压、易燃易爆、震动、潮湿、粉尘等恶劣环境之中,所以出现故障的频率会大大增加。单座调节阀阀杆断裂是常见故障之一,阀杆断裂使会调节阀瞬间失去调节能力,直接威胁装置系统安全平稳运行。所以,对单座调节阀阀杆断裂问题进行研究具有较高的经济价值和社会价值。本文以中国石化某石油化工企业再生塔的贫液出单座调节阀为研究对象,研究其在运行中发生阀杆变径处金属疲劳断裂失效的问题。本论文主要研究的内容如下:(1)基于单座调节阀阀杆的结构特征,结合金属疲劳失效的机理,金属疲劳失效的断口特征等,发现单座调节阀阀杆变径直角台阶处外形变化剧烈,会造成直角台阶处应力集中,从而导致运行中阀杆疲劳断裂失效。(2)结合中国石化某石油化工企业的再生塔贫液出单座调节阀阀杆失效案例,以该失效阀杆为研究对象。对断裂阀杆及断口进行宏观形貌分析、微观形貌分析、化学成分分析、硬度检测分析、金相组织分析、能谱分析等,发现阀杆断裂属于应力集中的疲劳断裂失效。(3)利用ANSYS软件中的流体仿真模块,对调节阀内部流场进行三维数值模拟分析,研究其压力场、速度场的变化规律。同时,运用流固耦合模块,对阀杆阀芯进行流固耦合振动分析。得出了调节阀在小阀位开度下,阀芯的节流处会发生空化造成阀芯阀杆剧烈振动,甚至共振的结论。(4)根据分析研究,给出了预防控制单座调节阀阀杆疲劳失效的方法。从规范调节阀使用,加强管理监督,做好调节阀选型,改进阀杆结构等方面来控制阀杆疲劳断裂的发生。特别是通过改进阀杆变径处过渡,能有效控制阀杆疲劳失效,给解决单座调节阀阀杆变径处疲劳失效问题提出了建设性的意见,也为生产应用提供了一定的参考。