Este documento realiza una investigación en profundidad sobre las características dinámicas de apertura y cierre de las válvulas de seguridad de resorte de vapor de alta presión. A través de una combinación de análisis experimental y simulación numérica, se discuten las características de respuesta de la válvula bajo diferentes condiciones de trabajo y rigidez del resorte. Los resultados de la investigación muestran que la rigidez del resorte es un factor clave que afecta las características dinámicas de las válvulas de seguridad, y se propone una estrategia de optimización para mejorar la velocidad de respuesta y la estabilidad de la válvula, mejorando así el rendimiento general del producto. Los resultados de la investigación se utilizan en la investigación, desarrollo y fabricación de válvulas de seguridad en CHNLGVF丨中國大乾洋貿, proporcionando una base teórica y soporte técnico para que la empresa mejore su competitividad en el campo de las válvulas de seguridad de vapor de alta presión.

Válvula de seguridad tipo resorte; prueba térmica; características dinámicas; simulación transitoria; rigidez del resorte

Las válvulas de seguridad de vapor de alta presión se utilizan ampliamente en campos industriales como la energía eléctrica, la industria química y el petróleo, desempeñando un papel importante en garantizar el funcionamiento seguro de tuberías y equipos. Bajo condiciones de alta temperatura y alta presión, las características de apertura y cierre de la válvula de seguridad están directamente relacionadas con la estabilidad y seguridad del sistema. La investigación existente se centra principalmente en el análisis de las características estáticas y la optimización de los parámetros de diseño, mientras que la investigación sobre sus características dinámicas de apertura y cierre es insuficiente. Basándose en las necesidades reales del producto de CHNLGVF丨中國大乾洋貿, este artículo estudia el comportamiento de respuesta dinámica de las válvulas de seguridad de resorte de vapor de alta presión bajo condiciones de trabajo complejas, con el objetivo de revelar los principales factores que afectan sus características dinámicas y proponer mejoras técnicas efectivas. Estrategia.

El principio básico de la válvula de seguridad de tipo resorte es equilibrar la presión de vapor dentro del sistema ajustando la rigidez y la fuerza de precarga del resorte. Cuando la presión del sistema excede el valor establecido, el disco de la válvula se empuja para abrirse y liberar la presión; y cuando la presión vuelve a un rango seguro, la fuerza del resorte vuelve a presionar el disco de la válvula para mantener un sello. Las características de apertura y cierre en este proceso no solo están afectadas por la rigidez del resorte y la fuerza de precarga, sino que también están estrechamente relacionadas con la temperatura y presión del fluido del sistema y el estado de flujo del medio.

El proceso de apertura y cierre de la válvula de seguridad de tipo resorte se puede dividir en las siguientes etapas:

Estado de equilibrio inicial: El disco de la válvula y el asiento de la válvula permanecen en contacto cercano, y la presión del sistema es menor que el valor establecido.

Etapa de compresión de resorte: A medida que la presión del sistema aumenta, el disco de la válvula se empuja gradualmente hacia arriba y el resorte comienza a comprimirse.

Estado completamente abierto: El disco de la válvula está completamente abierto y el vapor en el sistema se libera hasta que la presión disminuye a un nivel seguro.

Estado cerrado: Cuando la presión del sistema es menor que el valor establecido, la fuerza del resorte vuelve a presionar el disco de la válvula.

Las características dinámicas de cada etapa se ven afectadas por múltiples factores como la rigidez del resorte, el amortiguamiento del sistema y la inercia del movimiento del disco de la válvula. Por lo tanto, se requieren pruebas térmicas y simulaciones transitorias para realizar un análisis en profundidad de su comportamiento dinámico.

Para estudiar de manera integral las características dinámicas de las válvulas de seguridad de resorte de vapor de alta presión, este documento diseñó un sistema de prueba térmica de alta temperatura y alta presión. El sistema incluye generadores de vapor, válvulas reguladoras, válvulas de seguridad de resorte, sensores de presión, sensores de flujo y otros equipos, y puede simular condiciones de trabajo reales bajo diferentes temperaturas y presiones. El material del resorte utilizado en la prueba fue acero 50CrVA, y se diseñaron múltiples juegos de rigideces de resorte (10 N/mm, 20 N/mm, 30 N/mm) para observar su impacto en las características de apertura y cierre.

Bajo diferentes rigideces de resorte, las características de apertura y cierre de la válvula de seguridad muestran diferencias obvias.

Cuando la rigidez de la primavera es baja (10 N/mm): la respuesta de apertura y cierre de la válvula es más lenta y el tiempo de apertura y cierre se extiende, pero tiene un mejor efecto amortiguador sobre la fluctuación de la presión del sistema.

Cuando la rigidez de la primavera es alta (30 N/mm): la respuesta de apertura y cierre es rápida, pero es propenso a producirse un sobrepaso y vibraciones frecuentes, lo que afecta la estabilidad del sistema.

Rigidez media (20 N/mm): La respuesta de apertura y cierre de la válvula es relativamente equilibrada, con buena estabilidad dinámica y velocidad de respuesta.

Se puede ver que la selección razonable de la rigidez de la primavera es la clave para afectar las características dinámicas de la válvula de seguridad.

Con el fin de revelar mejor las reglas de respuesta dinámica de las válvulas de seguridad de resorte bajo diferentes condiciones de trabajo, este artículo estableció un modelo de simulación transitoria de apertura y cierre de la válvula basado en el método de dinámica de fluidos computacional (CFD). Al introducir la ecuación de movimiento del disco de la válvula, el modelo de acoplamiento fluido-estructura (FSI) y las características no lineales del medio de vapor, se simula con precisión el proceso de apertura y cierre de la válvula de seguridad.

El modelo adopta una estructura axisimétrica bidimensional para simplificar la cantidad de cálculos. La fuerza del resorte se describe mediante la ley de Hooke, y la ecuación de fluidos utiliza la ecuación de Navier-Stokes para simular todo el proceso desde la apertura inicial de la válvula hasta el cierre completo. La configuración de las condiciones de trabajo de la simulación es consistente con las pruebas reales para garantizar la fiabilidad del modelo.

Los resultados de la simulación muestran que bajo diferentes rigideces de resorte, la velocidad de apertura y cierre del disco de la válvula muestran cambios no lineales significativos con el tiempo. Para resortes con menor rigidez, el disco de la válvula se mueve de forma más suave, mientras que con mayor rigidez, el disco de la válvula se abre rápidamente en poco tiempo, pero estará acompañado de una vibración severa. Ajustando el coeficiente de amortiguamiento, el fenómeno de vibración puede ser suprimido hasta cierto punto y se puede mejorar la estabilidad dinámica del sistema.

Basándose en los resultados de las pruebas y simulaciones anteriores, este artículo propone las siguientes estrategias técnicas para mejorar las características dinámicas de las válvulas de seguridad de resorte de vapor de alto parámetro:

Según el rango de presión del sistema y las características dinámicas de la respuesta de apertura y cierre de la válvula, se selecciona la rigidez del resorte adecuada, y se consideran las características de rigidez no lineales del resorte en el diseño para tener en cuenta la velocidad de respuesta dinámica y la estabilidad.

Introduciendo el control de amortiguación durante el proceso de apertura y cierre de la válvula. Al agregar un amortiguador alrededor del disco de la válvula o adoptar un diseño de cámara de aceite amortiguador, la vibración y el sobrepaso del disco de la válvula pueden ser suprimidos de manera efectiva, mejorando así la estabilidad dinámica de la válvula.

Al utilizar materiales de aleación resistentes al desgaste y optimizar la forma del disco de la válvula, se mejoran las características de contacto entre el disco de la válvula y el asiento de la válvula, se reduce la pérdida por fricción durante el proceso de apertura y cierre, y se mejora la velocidad de respuesta de apertura y cierre.

Basándose en los resultados de la investigación de este artículo, CHNLGVF introdujo el análisis de características dinámicas y estrategias de optimización en el diseño de sus productos de válvulas de seguridad de vapor de alto parámetro, mejorando significativamente la seguridad y estabilidad del producto. Las principales mejoras son las siguientes:

Diseño modular de rigidez de resorte: Utilice módulos de resorte con rigidez ajustable para adaptarse a diferentes condiciones de trabajo.

La integración de dispositivos de control de amortiguación: La introducción de dispositivos de control de amortiguación en ubicaciones clave mejora el rendimiento de respuesta dinámica de la válvula.

Optimización de materiales y mejora de procesos de fabricación: Utilice materiales de alta resistencia y resistencia al desgaste e introduzca tecnología de procesamiento de precisión para garantizar la fiabilidad a largo plazo del producto en condiciones de alta temperatura y alta presión.

Este documento utiliza una combinación de experimentos y simulaciones numéricas para llevar a cabo un estudio en profundidad de las características dinámicas de apertura y cierre de las válvulas de seguridad de resorte de vapor de alto parámetro, y propone estrategias efectivas de mejora tecnológica. Los resultados de la investigación muestran que la rigidez del resorte y las características de amortiguación son factores clave que afectan la respuesta dinámica de la válvula de seguridad. La investigación de este artículo proporciona una referencia importante para CHNLGVF丨中國大乾洋貿 en la investigación y desarrollo y fabricación de productos de válvulas de seguridad de vapor de alto parámetro.

La investigación futura se centrará en las características dinámicas de las válvulas de seguridad bajo diversas condiciones de funcionamiento y desarrollará estrategias de control dinámico basadas en inteligencia artificial para lograr un control más preciso de la apertura y cierre de las válvulas.