Diese Arbeit führt eine eingehende Untersuchung der Öffnungs- und Schließdynamik von Hochparameter-Dampf-Feder-Sicherheitsventilen durch. Durch eine Kombination aus experimenteller Analyse und numerischer Simulation werden die Ventilreaktionseigenschaften unter verschiedenen Arbeitsbedingungen und Federsteifigkeiten diskutiert. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Federsteifigkeit ein entscheidender Faktor für die dynamischen Eigenschaften von Sicherheitsventilen ist, und es wird eine Optimierungsstrategie vorgeschlagen, um die Reaktionsgeschwindigkeit und Stabilität des Ventils zu verbessern und damit die Gesamtleistung des Produkts zu steigern. Die Forschungsergebnisse werden bei der Forschung, Entwicklung und Herstellung von Sicherheitsventilen bei CHNLGVF丨中國大乾洋貿 verwendet und liefern eine theoretische Grundlage und technische Unterstützung für das Unternehmen, um seine Wettbewerbsfähigkeit im Bereich der Hochparameter-Dampf-Sicherheitsventile zu verbessern.

Keywords: Federbelastetes Sicherheitsventil; thermischer Test; dynamische Eigenschaften; transient Simulation; Federsteifigkeit

Hochparameter-Dampfsicherheitsventile werden in Industriebereichen wie Elektroenergie, Chemie und Erdöl weit verbreitet eingesetzt und spielen eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung des sicheren Betriebs von Rohrleitungen und Anlagen. Unter Bedingungen hoher Temperatur und hohem Druck sind die Öffnungs- und Schließcharakteristiken des Sicherheitsventils direkt mit der Stabilität und Sicherheit des Systems verbunden. Die bestehende Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf die statische Charakteristikanalyse und die Optimierung der Designparameter, während die Forschung zu den dynamischen Öffnungs- und Schließcharakteristiken unzureichend ist. Basierend auf den tatsächlichen Produktanforderungen von CHNLGVF丨中國大乾洋貿 untersucht dieser Artikel das dynamische Antwortverhalten von Hochparameter-Dampf-Federsicherheitsventilen unter komplexen Arbeitsbedingungen, mit dem Ziel, die Hauptfaktoren zu offenbaren, die seine dynamischen Eigenschaften beeinflussen, und effektive technische Verbesserungsstrategien vorzuschlagen.

Das Grundprinzip des Sicherheitsventils mit Feder ist es, den Dampfdruck im System durch Einstellen der Steifigkeit und Vorspannkraft der Feder auszugleichen. Wenn der Systemdruck den eingestellten Wert überschreitet, wird die Ventilscheibe geöffnet, um den Druck freizusetzen; und wenn der Druck in einen sicheren Bereich zurückkehrt, drückt die Federkraft die Ventilscheibe erneut, um eine Abdichtung aufrechtzuerhalten. Die Öffnungs- und Schließcharakteristiken in diesem Prozess werden nicht nur von der Federsteifigkeit und der Vorspannkraft beeinflusst, sondern hängen auch eng mit der Temperatur und dem Druck des Systemfluids sowie dem Strömungszustand des Mediums zusammen.

Der Öffnungs- und Schließvorgang des Feder-Sicherheitsventils kann in die folgenden Phasen unterteilt werden:

Ursprünglicher Gleichgewichtszustand: Das Ventilscheibe und das Ventilsitz bleiben in engem Kontakt, und der Systemdruck ist niedriger als der eingestellte Wert.

Federkompressionsstufe: Mit steigendem Systemdruck wird die Ventilscheibe allmählich geöffnet und die Feder beginnt zu komprimieren.

Vollständig geöffneter Zustand: Die Ventilscheibe ist vollständig geöffnet und der Dampf im System wird freigesetzt, bis der Druck auf ein sicheres Niveau abfällt.

Geschlossener Zustand: Wenn der Systemdruck niedriger ist als der eingestellte Wert, drückt die Federkraft die Ventilscheibe erneut.

Die dynamischen Eigenschaften jeder Stufe werden von mehreren Faktoren wie der Federsteifigkeit, dem Systemdämpfung und der Trägheit der Ventilscheibenbewegung beeinflusst. Daher sind thermische Tests und transiente Simulationen erforderlich, um eine eingehende Analyse ihres dynamischen Verhaltens durchzuführen.

Um die dynamischen Eigenschaften von Hochparameter-Dampffedersicherheitsventilen umfassend zu untersuchen, wurde in dieser Arbeit ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Wärmetestsystem entworfen. Das System umfasst Dampferzeuger, Regelventile, Federsicherheitsventile, Drucksensoren, Durchflusssensoren und andere Ausrüstung und kann reale Arbeitsbedingungen unter verschiedenen Temperaturen und Drücken simulieren. Das für den Test verwendete Federmaterial war 50CrVA-Stahl, und mehrere Federsätze mit unterschiedlichen Steifigkeiten (10 N/mm, 20 N/mm, 30 N/mm) wurden entworfen, um ihren Einfluss auf die Öffnungs- und Schließcharakteristiken zu beobachten.

Unter verschiedenen Federsteifigkeiten zeigen sich deutliche Unterschiede in den Öffnungs- und Schließcharakteristiken des Sicherheitsventils.

Wenn die Federsteifigkeit niedrig ist (10 N/mm): Die Öffnungs- und Schließreaktion des Ventils ist langsamer und die Öffnungs- und Schließzeit ist verlängert, aber es hat eine bessere Pufferwirkung auf die Schwankungen des Systemdrucks.

Wenn die Federsteifigkeit hoch ist (30 N/mm): Die Öffnungs- und Schließreaktion ist schnell, aber Überschwingen und häufige Vibrationen treten leicht auf, was die Stabilität des Systems beeinträchtigt.

Mittlere Steifigkeit (20 N/mm): Die Reaktion des Ventilöffnens und -schließens ist relativ ausgewogen, mit guter dynamischer Stabilität und Reaktionsgeschwindigkeit.

Es ist zu erkennen, dass die angemessene Auswahl der Federsteifigkeit der Schlüssel zur Beeinflussung der dynamischen Eigenschaften des Sicherheitsventils ist.

Um die dynamischen Reaktionsregeln von Feder-Sicherheitsventilen unter verschiedenen Betriebsbedingungen besser darzustellen, wurde in diesem Artikel ein transientes Simulationmodell für das Öffnen und Schließen des Ventils auf Basis der CFD (Computational Fluid Dynamics) Methode erstellt. Durch die Einführung der Bewegungsgleichung des Ventilscheibens, des Fluid-Struktur-Kopplungsmodells (FSI) und der nichtlinearen Eigenschaften des Dampfmediums wird der Öffnungs- und Schließvorgang des Sicherheitsventils genau simuliert.

Das Modell übernimmt eine zweidimensionale achsensymmetrische Struktur, um die Berechnungsmenge zu vereinfachen. Die Federkraft wird durch das Hookesche Gesetz beschrieben, und die Fluidgleichung verwendet die Navier-Stokes-Gleichung, um den gesamten Prozess vom initialen Öffnen des Ventils bis zum vollständigen Schließen zu simulieren. Die Simulationseinstellungen der Arbeitsbedingungen entsprechen den tatsächlichen Tests, um die Zuverlässigkeit des Modells zu gewährleisten.

Die Simulationsergebnisse zeigen, dass unter verschiedenen Federsteifigkeiten die Öffnungsgeschwindigkeit und Schließgeschwindigkeit des Ventilscheibes mit der Zeit signifikante nichtlineare Veränderungen aufweisen. Bei Federn mit geringerer Steifigkeit bewegt sich das Ventilscheibes sanfter, während es bei höherer Steifigkeit schnell in kurzer Zeit öffnet, jedoch von starken Vibrationen begleitet wird. Durch Anpassung des Dämpfungskoeffizienten kann das Vibrationsphänomen in gewissem Maße unterdrückt und die dynamische Stabilität des Systems verbessert werden.

Basierend auf den obigen Test- und Simulationsergebnissen schlägt dieser Artikel folgende technische Strategien zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften von Hochparameter-Dampffedersicherheitsventilen vor:

Je nach dem Systemdruckbereich und den dynamischen Eigenschaften der Öffnungs- und Schließreaktion des Ventils wird die geeignete Federsteifigkeit ausgewählt, und die nichtlinearen Steifigkeitseigenschaften der Feder werden im Design berücksichtigt, um die dynamische Reaktionsgeschwindigkeit und Stabilität zu berücksichtigen.

Die Einführung der Dämpfungskontrolle während des Öffnungs- und Schließvorgangs des Ventils. Durch Hinzufügen eines Dämpfers um die Ventilscheibe oder die Annahme eines Dämpfungsölraumdesigns können die Vibration und das Überschwingen der Ventilscheibe effektiv unterdrückt werden, wodurch die dynamische Stabilität des Ventils verbessert wird.

Durch die Verwendung von verschleißfesten Legierungsmaterialien und die Optimierung der Form der Ventilscheibe werden die Kontaktmerkmale zwischen der Ventilscheibe und dem Ventilsitz verbessert, der Reibungsverlust während des Öffnungs- und Schließvorgangs reduziert und die Öffnungs- und Schließreaktionsgeschwindigkeit verbessert.

Basierend auf den Forschungsergebnissen dieses Artikels führte CHNLGVF丨中國大乾洋貿 die dynamische Charakteranalyse und Optimierungsstrategien in das Design seiner Hochparameter-Dampfsicherheitsventilprodukte ein, wodurch die Sicherheit und Stabilität des Produkts signifikant verbessert wurden. Die Hauptverbesserungen sind wie folgt:

Federsteifigkeitsmodulare Gestaltung: Verwenden Sie Federmodule mit einstellbarer Steifigkeit, um sich an verschiedene Arbeitsbedingungen anzupassen.

Integration von Dämpfungskontrollgeräten: Die Einführung von Dämpfungskontrollgeräten an Schlüsselstellen verbessert die dynamische Reaktionsleistung des Ventils.

Materialoptimierung und Verbesserung des Herstellungsprozesses: Verwenden Sie hochfeste und verschleißfeste Materialien und führen Sie Präzisionsverarbeitungstechnologien ein, um die Langzeitzuverlässigkeit des Produkts unter Bedingungen hoher Temperatur und hohem Druck zu gewährleisten.

Dieser Artikel verwendet eine Kombination aus Experimenten und numerischen Simulationen, um eine eingehende Studie der Öffnungs- und Schließdynamik von Hochparameter-Dampffedersicherheitsventilen durchzuführen und effektive Technologieverbesserungsstrategien vorzuschlagen. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Federsteifigkeit und Dämpfungseigenschaften entscheidende Faktoren für die dynamische Reaktion des Sicherheitsventils sind. Die Forschung dieses Artikels liefert eine wichtige Referenz für CHNLGVF丨中國大乾洋貿 bei der Forschung und Entwicklung sowie der Herstellung von Hochparameter-Dampfsicherheitsventilprodukten.

Zukünftige Forschungen werden sich weiterhin auf die dynamischen Eigenschaften von Sicherheitsventilen unter verschiedenen Betriebsbedingungen konzentrieren und dynamische Steuerungsstrategien auf der Grundlage künstlicher Intelligenz entwickeln, um eine präzisere Ventilöffnungs- und -schließsteuerung zu erreichen.