این مقاله تحقیقات عمیقی را در زمینه ویژگی‌های پویای باز و بسته کردن شیرهای ایمنی نوع فنر بخار با پارامترهای بالا انجام می‌دهد. از طریق ترکیب تجزیه و تحلیل تجربی و شبیه‌سازی عددی، ویژگی‌های پاسخ شیر تحت شرایط کاری و سختی فنر مختلف بحث می‌شود. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که سختی فنر یک عامل کلیدی در تأثیر بر ویژگی‌های پویای شیرهای ایمنی است و یک استراتژی بهینه‌سازی پیشنهاد می‌شود برای بهبود سرعت و پایداری پاسخ شیر، و از طریق آن بهبود عملکرد کلی محصول. نتایج تحقیق در تحقیق، توسعه و تولید شیرهای ایمنی در CHNLGVF | چین داگانیانگ مائو، به عنوان پایه نظری و پشتیبانی فنی برای شرکت برای بهبود رقابت‌پذیری خود در زمینه شیرهای ایمنی بخار با پارامترهای بالا استفاده می‌شود.

کلیدواژه‌ها: سوپاپ ایمنی نوع فنری؛ آزمایش حرارتی؛ ویژگی‌های پویا؛ شبیه‌سازی گذرا؛ سختی فنر

والوهلة الأولى، يبدو أن صمامات السلامة عالية المعلمات تستخدم على نطاق واسع في المجالات الصناعية مثل الطاقة الكهربائية والصناعة الكيميائية والبترول، وتلعب دورًا هامًا في ضمان التشغيل الآمن للأنابيب والمعدات. تحت ظروف درجة حرارة عالية وضغط عالي، ترتبط خصائص فتح وإغلاق صمام السلامة مباشرة بثبات وسلامة النظام. تركز الأبحاث الحالية بشكل رئيسي على تحليل الخصائص الثابتة وتحسين معلمات التصميم، بينما تعاني الأبحاث عن خصائص فتح وإغلاقها الديناميكية من النقص. استنادًا إلى احتياجات المنتج الفعلية لـ CHNLGVF | الصين الكبرى للتجارة البحرية، تدرس هذه المقالة سلوك الاستجابة الديناميكي لصمامات السلامة عالية المعلمات من نوع الينابيع تحت ظروف عمل معقدة، بهدف الكشف عن العوامل الرئيسية التي تؤثر على خصائصها الديناميكية واقتراح تحسينات تقنية فعالة.

اصل اساسی سوپاپ ایمنی نوع فنری این است که با تنظیم سختی و نیروی پیش‌بار فنر، فشار بخار درون سیستم را تعادل می‌دهد. هنگامی که فشار سیستم از مقدار تنظیم شده بیشتر شود، دیسک سوپاپ باز می‌شود تا فشار را تخلیه کند؛ و هنگامی که فشار به محدوده ایمن بازگردد، نیروی فنر دیسک سوپاپ را دوباره فشار می‌دهد تا یک سیل را حفظ کند. ویژگی‌های باز و بسته شدن در این فرآیند نه تنها توسط سختی و نیروی پیش‌بار فنر تحت تأثیر قرار می‌گیرند، بلکه به طور نزدیک به دما و فشار مایع سیستم و وضعیت جریان محیط مرتبط هستند.

فرآیند باز و بسته شدن شیر ایمنی نوع فنری را می‌توان به مراحل زیر تقسیم کرد:

وضعیت تعادل اولیه: دیسک شیر و صندلی شیر همچنان در تماس نزدیک هستند و فشار سیستم کمتر از مقدار تنظیم شده است.

مرحله فشردگی بهار: با افزایش فشار سیستم، دیسک شیر به تدریج باز می‌شود و فنر شروع به فشردن می‌کند.

وضعیت کاملاً باز: دیسک شیر کاملاً باز شده و بخار در سیستم تا زمانی که فشار به سطح ایمنی کاهش یابد، تخلیه می‌شود.

وضعیت بسته: زمانی که فشار سیستم کمتر از مقدار تنظیم شده است، نیروی فنر مجدداً دیسک شیر را فشرده می‌کند.

ویژگی‌های پویای هر مرحله تحت تأثیر چندین عامل مانند سختی فنر، میرایی سیستم و اینرسی حرکت دیسک شیر قرار می‌گیرد. بنابراین، آزمون‌های حرارتی و شبیه‌سازی‌های گذرا برای انجام تجزیه و تحلیل عمیق رفتار پویای آن لازم است.

برای مطالعه جامع ویژگی‌های پویای سوپاپ‌های ایمنی فنری با پارامترهای بالا، این مقاله یک سیستم آزمایش حرارتی با دما و فشار بالا طراحی کرد. این سیستم شامل تولید کننده بخار، سوپاپ‌های تنظیم، سوپاپ‌های ایمنی فنری، سنسورهای فشار، سنسورهای جریان و تجهیزات دیگر است و می‌تواند شرایط کاری واقعی را تحت دماها و فشارهای مختلف شبیه‌سازی کند. مواد فنر استفاده شده در آزمایش فولاد 50CrVA بود و چندین مجموعه از سختی‌های فنر (10 N/mm، 20 N/mm، 30 N/mm) طراحی شد تا تأثیر آن‌ها بر ویژگی‌های باز و بسته شدن مشاهده شود.

تحت چندین سختی فنر بهار مختلف، ویژگی‌های باز و بسته شدن شیر ایمنی تفاوت‌های واضحی نشان می‌دهد.

هنگامی که سختی فنر بهار کم است (10 N/mm): پاسخ باز و بسته شدن شیر کندتر است و زمان باز و بسته شدن طولانی می‌شود، اما اثر بافری بهتری بر روی نوسان فشار سیستم دارد.

هنگامی که سختی بهار بالا است (30 N/mm): پاسخ باز و بسته شدن سریع است، اما احتمال وقوع بیش از حد و ارتعاشات مکرر وجود دارد که پایداری سیستم را تحت تأثیر قرار می دهد.

سختی متوسط ​​(20 N/mm): پاسخ باز و بسته شدن شیر نسبتاً متعادل است، با پایداری دینامیک خوب و سرعت پاسخ مناسب.

می‌توان دید که انتخاب منطقی از سختی بهار کلیدی برای تأثیر بر خصوصیات پویای سوپاپ ایمنی است.

برای بهتر نشان دادن قوانین پاسخ پویای سوپاپ‌های ایمنی نوع فنری تحت شرایط کاری مختلف، این مقاله یک مدل شبیه‌سازی گذرا از باز و بسته شدن سوپاپ بر اساس روش CFD (پویایی سیالات محاسباتی) ایجاد کرد. با معرفی معادله حرکت دیسک سوپاپ، مدل جفت‌شدگی ساختار-سیال (FSI) و ویژگی‌های غیرخطی محیط بخار، فرایند باز و بسته شدن سوپاپ ایمنی به دقت شبیه‌سازی شده است.

مدل از یک ساختار دو بعدی محوری استفاده می‌کند تا میزان محاسبات را ساده‌تر کند. نیروی فنر توسط قانون هوک توصیف می‌شود و معادله سیال از معادله ناویر-استوکس برای شبیه‌سازی کل فرایند از باز شدن اولیه شیر تا بسته شدن کامل استفاده می‌کند. تنظیمات شرایط کاری شبیه‌سازی با آزمایش‌های واقعی همخوانی دارد تا اعتبار مدل تضمین شود.

نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که تحت انواع مختلفی از سختی‌های فنر، سرعت باز و بسته شدن دیسک شیر تغییرات غیرخطی معنی‌داری با گذر زمان نشان می‌دهد. برای فنرهای با سختی کمتر، دیسک شیر به آرامی حرکت می‌کند، در حالی که با سختی بیشتر، دیسک شیر به سرعت در یک زمان کوتاه باز می‌شود، اما همراه با ارتعاش شدید خواهد بود. با تنظیم ضریب میرایی، می‌توان پدیده ارتعاش را تا حدودی کاهش داد و پایداری پویای سیستم را بهبود بخشید.

بر اساس نتایج آزمون و شبیه‌سازی فوق، این مقاله استراتژی‌های فنی زیر را برای بهبود ویژگی‌های پویای سوپاپ‌های ایمنی استوانه بخار با پارامترهای بالا پیشنهاد می‌دهد:

بر اساس محدوده فشار سیستم و ویژگی‌های پویای پاسخ باز و بسته شدن شیر، سختی مناسب فنر انتخاب می‌شود و در طراحی ویژگی‌های غیرخطی سختی فنر را در نظر می‌گیرد تا سرعت و پایداری پاسخ پویای را در نظر بگیرد.

معرفی کنترل میرایی در طول فرآیند باز و بسته شدن شیر. با اضافه کردن یک میرایی دور دیسک شیر یا انتخاب یک طراحی محفظه روغن میرایی، ارتعاش و گذر از حد دیسک شیر به طور موثر کاهش می یابد، بنابراین پایداری پویای شیر بهبود می یابد.

با استفاده از مواد آلیاژی مقاوم در برابر سایش و بهینه‌سازی شکل دیسک شیر، ویژگی‌های تماس بیشتری بین دیسک شیر و صندلی شیر بهبود یافته، از دست دادن اصطکاک در طول فرآیند باز و بسته شدن کاهش می‌یابد و سرعت پاسخگویی باز و بسته شدن افزایش می‌یابد.

بر اساس نتایج تحقیق این مقاله، CHNLGVF丨中國大乾洋貿 ویژگی‌های پویای تجزیه و تحلیل و استراتژی‌های بهینه‌سازی را به طراحی محصولات شیر ایمنی بخار با پارامترهای بالا خود معرفی کرد، که باعث بهبود قابل ملاحظه‌ای در ایمنی و پایداری محصول شد. بهبودهای اصلی به شرح زیر است:

طراحی مدولار سختی بهار: از ماژول‌های بهار با سختی قابل تنظیم برای سازگاری با شرایط کاری مختلف استفاده کنید.

ادغام دستگاه‌های کنترل تخمیر: معرفی دستگاه‌های کنترل تخمیر در نقاط کلیدی عملکرد پاسخ دینامیکی شیر را بهبود می‌بخشد.

بهینه‌سازی مواد و بهبود فرآیند تولید: استفاده از مواد با مقاومت بالا و مقاومت در برابر سایش و معرفی فناوری پردازش دقیق برای اطمینان از پایداری بلندمدت محصول تحت شرایط دما و فشار بالا.

این مقاله از ترکیب آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های عددی برای انجام یک مطالعه عمیق از ویژگی‌های پویای باز و بسته‌شدنی شیرهای ایمنی انبساط بخار با پارامترهای بالا استفاده می‌کند و استراتژی‌های بهبود فناوری موثر را پیشنهاد می‌دهد. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که سختی و ویژگی‌های میرایی فنر عوامل کلیدی در تأثیر پاسخ پویای شیر ایمنی هستند. تحقیق این مقاله منبع مهمی برای مرجعیت در تحقیق و توسعه و تولید محصولات شیر ایمنی بخار با پارامترهای بالا برای CHNLGVF丨中國大乾洋貿 فراهم می‌کند.

تحقیقات آینده بیشتر بر روی ویژگی‌های پویای شیرهای ایمنی تحت شرایط عملیاتی مختلف تمرکز خواهد داشت و استراتژی‌های کنترل پویا بر اساس هوش مصنوعی را برای دستیابی به کنترل دقیق‌تر باز و بسته شیرها توسعه خواهد داد.