Ce document mène une recherche approfondie sur les caractéristiques dynamiques d'ouverture et de fermeture des soupapes de sécurité à ressort à vapeur à haute paramètre. À travers une combinaison d'analyse expérimentale et de simulation numérique, les caractéristiques de réponse de la soupape sous différentes conditions de travail et de rigidité du ressort sont discutées. Les résultats de la recherche montrent que la rigidité du ressort est un facteur clé affectant les caractéristiques dynamiques des soupapes de sécurité, et une stratégie d'optimisation est proposée pour améliorer la vitesse de réponse et la stabilité de la soupape, améliorant ainsi les performances globales du produit. Les résultats de la recherche sont utilisés dans la recherche, le développement et la fabrication de soupapes de sécurité chez CHNLGVF丨中國大乾洋貿, fournissant une base théorique et un support technique à l'entreprise pour améliorer sa compétitivité dans le domaine des soupapes de sécurité à vapeur à haute paramètre.

soupape de sûreté de type ressort; test thermique; caractéristiques dynamiques; simulation transitoire; raideur du ressort

Les soupapes de sécurité à haute pression sont largement utilisées dans des domaines industriels tels que l'énergie électrique, l'industrie chimique et le pétrole, jouant un rôle important dans la garantie du bon fonctionnement des pipelines et des équipements. Dans des conditions de haute température et de haute pression, les caractéristiques d'ouverture et de fermeture de la soupape de sécurité sont directement liées à la stabilité et à la sécurité du système. Les recherches existantes se concentrent principalement sur l'analyse des caractéristiques statiques et l'optimisation des paramètres de conception, tandis que la recherche sur ses caractéristiques dynamiques d'ouverture et de fermeture est insuffisante. Basé sur les besoins réels du produit de CHNLGVF丨中國大乾洋貿, cet article étudie le comportement de réponse dynamique des soupapes de sécurité à ressort à haute pression sous des conditions de travail complexes, dans le but de révéler les principaux facteurs qui affectent ses caractéristiques dynamiques et de proposer des améliorations techniques efficaces. Stratégie.

Le principe de base de la soupape de sûreté à ressort est d'équilibrer la pression de vapeur à l'intérieur du système en ajustant la rigidité et la force de précharge du ressort. Lorsque la pression du système dépasse la valeur définie, le disque de la soupape est poussé pour libérer la pression ; et lorsque la pression revient à une plage sûre, la force du ressort repousse le disque de la soupape pour maintenir un joint. Les caractéristiques d'ouverture et de fermeture dans ce processus ne sont pas seulement affectées par la rigidité du ressort et la force de précharge, mais aussi étroitement liées à la température et à la pression du fluide du système et à l'état d'écoulement du milieu.

Le processus d'ouverture et de fermeture de la soupape de sécurité de type ressort peut être divisé en les étapes suivantes:

État d'équilibre initial : Le disque de la vanne et le siège de la vanne restent en contact étroit, et la pression du système est inférieure à la valeur définie.

Étape de compression du ressort : À mesure que la pression du système augmente, le disque de la vanne est progressivement poussé ouvert et le ressort commence à se comprimer.

État entièrement ouvert: Le disque de la vanne est entièrement ouvert et la vapeur dans le système est libérée jusqu'à ce que la pression chute à un niveau sûr.

État fermé: Lorsque la pression du système est inférieure à la valeur définie, la force du ressort re-pousse le disque de la vanne.

Les caractéristiques dynamiques de chaque étape sont affectées par plusieurs facteurs tels que la raideur du ressort, l'amortissement du système et l'inertie du mouvement du disque de la vanne. Par conséquent, des tests thermiques et des simulations transitoires sont nécessaires pour mener une analyse approfondie de son comportement dynamique.

Afin d'étudier de manière exhaustive les caractéristiques dynamiques des soupapes de sécurité à ressort à haute pression, ce document a conçu un système d'essai thermique haute température et haute pression. Le système comprend des générateurs de vapeur, des vannes de régulation, des soupapes de sécurité à ressort, des capteurs de pression, des capteurs de débit et d'autres équipements, et peut simuler les conditions de travail réelles sous différentes températures et pressions. Le matériau du ressort utilisé dans le test était de l'acier 50CrVA, et plusieurs ensembles de rigidités de ressort (10 N/mm, 20 N/mm, 30 N/mm) ont été conçus pour observer leur impact sur les caractéristiques d'ouverture et de fermeture.

Sous différentes raideurs de ressort, les caractéristiques d'ouverture et de fermeture de la soupape de sécurité présentent des différences évidentes.

Lorsque la raideur du ressort est faible (10 N/mm) : la réponse à l'ouverture et à la fermeture de la vanne est plus lente et le temps d'ouverture et de fermeture est prolongé, mais cela a un meilleur effet d'amortissement sur les fluctuations de la pression du système.

Lorsque la raideur du ressort est élevée (30 N/mm) : la réponse à l'ouverture et à la fermeture est rapide, mais le dépassement et les vibrations fréquentes ont tendance à se produire, ce qui affecte la stabilité du système.

Rigidité moyenne (20 N/mm) : La réponse à l'ouverture et à la fermeture de la vanne est relativement équilibrée, avec une bonne stabilité dynamique et une vitesse de réponse satisfaisante.

Il est possible de voir que la sélection raisonnable de la raideur du ressort est la clé pour influencer les caractéristiques dynamiques de la soupape de sécurité.

Afin de mieux révéler les règles de réponse dynamique des soupapes de sécurité de type ressort sous différentes conditions de travail, cet article a établi un modèle de simulation transitoire de l'ouverture et de la fermeture de la vanne basé sur la méthode de la dynamique des fluides numérique (CFD). En introduisant l'équation de mouvement du disque de la vanne, le modèle de couplage fluide-structure (FSI) et les caractéristiques non linéaires du milieu de vapeur, le processus d'ouverture et de fermeture de la soupape de sécurité est simulé avec précision.

Le modèle adopte une structure axisymétrique bidimensionnelle pour simplifier le calcul. La force du ressort est décrite par la loi de Hooke, et l'équation du fluide utilise l'équation de Navier-Stokes pour simuler l'ensemble du processus, de l'ouverture initiale de la vanne à sa fermeture complète. Les paramètres de condition de travail de la simulation sont cohérents avec les tests réels pour garantir la fiabilité du modèle.

Les résultats de la simulation montrent que sous différentes raideurs de ressort, la vitesse d'ouverture et de fermeture du disque de la vanne présentent des changements non linéaires significatifs dans le temps. Pour les ressorts de faible raideur, le disque de la vanne se déplace plus doucement, tandis qu'avec une raideur plus élevée, le disque de la vanne s'ouvre rapidement en peu de temps, mais il sera accompagné de vibrations sévères. En ajustant le coefficient d'amortissement, le phénomène de vibration peut être supprimé dans une certaine mesure et la stabilité dynamique du système peut être améliorée.

Sur la base des résultats de test et de simulation ci-dessus, cet article propose les stratégies techniques suivantes pour améliorer les caractéristiques dynamiques des soupapes de sécurité à ressort à haute pression :

Selon la plage de pression du système et les caractéristiques dynamiques de la réponse d'ouverture et de fermeture de la vanne, la raideur du ressort appropriée est sélectionnée, et les caractéristiques de raideur non linéaire du ressort sont prises en compte dans la conception pour tenir compte de la vitesse de réponse dynamique et de la stabilité.

Introduire le contrôle d'amortissement pendant le processus d'ouverture et de fermeture de la vanne. En ajoutant un amortisseur autour du disque de la vanne ou en adoptant une conception de chambre d'huile d'amortissement, les vibrations et le dépassement du disque de la vanne peuvent être efficacement supprimés, améliorant ainsi la stabilité dynamique de la vanne.

En utilisant des matériaux en alliage résistant à l'usure et en optimisant la forme du disque de soupape, les caractéristiques de contact entre le disque de soupape et le siège de soupape sont améliorées, la perte de frottement pendant le processus d'ouverture et de fermeture est réduite, et la vitesse de réponse à l'ouverture et à la fermeture est améliorée.

Basé sur les résultats de recherche de cet article, CHNLGVF a introduit une analyse des caractéristiques dynamiques et des stratégies d'optimisation dans la conception de ses produits de soupape de sécurité à haute paramètre, améliorant significativement la sécurité et la stabilité du produit. Les principales améliorations sont les suivantes:

Conception modulaire de la rigidité du ressort : Utilisez des modules de ressort avec une rigidité ajustable pour s'adapter à différentes conditions de travail.

Intégration des dispositifs de contrôle d'amortissement : L'introduction de dispositifs de contrôle d'amortissement à des emplacements clés améliore les performances de réponse dynamique de la vanne.

Optimisation des matériaux et amélioration des processus de fabrication : Utilisation de matériaux haute résistance et résistants à l'usure et introduction de technologies de traitement de précision pour garantir la fiabilité à long terme du produit dans des conditions de haute température et haute pression.

Ce document utilise une combinaison d'expériences et de simulations numériques pour mener une étude approfondie des caractéristiques dynamiques d'ouverture et de fermeture des soupapes de sécurité à ressort à vapeur à haut paramètre, et propose des stratégies efficaces d'amélioration technologique. Les résultats de la recherche montrent que la raideur du ressort et les caractéristiques d'amortissement sont des facteurs clés affectant la réponse dynamique de la soupape de sécurité. La recherche de cet article fournit une référence importante pour CHNLGVF丨中國大乾洋貿 dans la recherche et le développement et la fabrication de produits de soupape de sécurité à vapeur à haut paramètre.

Les futures recherches se concentreront davantage sur les caractéristiques dynamiques des soupapes de sécurité dans diverses conditions de fonctionnement et développeront des stratégies de contrôle dynamique basées sur l'intelligence artificielle pour obtenir un contrôle plus précis de l'ouverture et de la fermeture des vannes.