この論文は、高パラメータ蒸気スプリング型安全弁の開閉ダイナミック特性について、詳細な研究を行っています。実験分析と数値シミュレーションを組み合わせて、異なる作業条件やスプリング剛性下での弁の応答特性について議論しています。研究結果は、スプリング剛性が安全弁のダイナミック特性に影響を与える重要な要因であることを示し、弁の応答速度と安定性を向上させるための最適化戦略が提案されています。これにより、製品全体の性能が向上します。研究結果は、CHNLGVF丨中國大乾洋貿での安全弁の研究、開発、製造に活用され、会社が高パラメータ蒸気安全弁分野で競争力を向上させるための理論的根拠と技術支援を提供しています。

Keywords: スプリング式安全弁; 熱試験; 動特性; 瞬時シミュレーション; スプリング剛性

高パラメータ蒸気安全弁は、電力、化学工業、石油などの産業分野で広く使用されており、パイプラインや設備の安全な運転を確保する上で重要な役割を果たしています。高温高圧条件下では、安全弁の開閉特性はシステムの安定性と安全性に直接関係しています。既存の研究は主に静的特性解析と設計パラメータ最適化に焦点を当てていますが、その動的な開閉特性に関する研究は不十分です。CHNLGVF丨中國大乾洋貿の実際の製品ニーズに基づいて、本論文は複雑な作業条件下での高パラメータ蒸気スプリング型安全弁の動的応答挙動を研究し、その動的特性に影響を与える主要因を明らかにし、効果的な技術改善策を提案することを目的としています。

バネ式安全弁の基本原理は、バネの剛性とプリロード力を調整することによってシステム内の蒸気圧をバランスさせることです。システム圧力が設定値を超えると、弁ディスクが押されて圧力が解放されます。そして、圧力が安全範囲に戻ると、バネ力が弁ディスクを再び押してシールを維持します。このプロセスにおける開閉特性は、バネの剛性とプリロード力だけでなく、システム流体の温度や圧力、媒体の流れ状態にも密接に関連しています。

ばね式安全弁の開閉プロセスは、次の段階に分けることができます：開く、閉じる。

初期の平衡状態：バルブディスクとバルブシートは密着したままで、システム圧力は設定値よりも低いです。

春の圧縮段階：システム圧力が上昇すると、弁ディスクが徐々に押され開き、スプリングが圧縮され始めます。

完全開放状態：バルブディスクが完全に開かれ、システム内の蒸気が安全なレベルに圧力が下がるまで放出されます。

閉じた状態：システム圧力が設定値よりも低い場合、ばね力がバルブディスクを再押し込みます。

各段階の動特性はばね剛性、システム減衰およびバルブディスク運動慣性など複数の要因に影響を受けます。したがって、その動特性を詳細に分析するためには、熱試験と瞬時シミュレーションが必要です。

高パラメータ蒸気スプリング安全弁の動特性を包括的に研究するために、本論文では高温高圧熱試験システムを設計しました。このシステムには蒸気発生器、調整弁、スプリング安全弁、圧力センサ、流量センサなどの機器が含まれており、異なる温度と圧力下での実際の作業条件をシミュレートすることができます。試験で使用されたスプリング材料は50CrVA鋼であり、スプリング剛性（10 N/mm、20 N/mm、30 N/mm）の複数セットが設計され、それらが開閉特性に与える影響を観察しました。

異なるばね剛性の下で、安全弁の開閉特性には明らかな違いが現れます。

ばね剛性が低い場合（10 N/mm）：バルブの開閉応答が遅くなり、開閉時間が延長されますが、システム圧力の変動に対する緩衝効果が向上します。

ばね剛性が高い（30 N/mm）場合：開閉応答が迅速ですが、オーバーシュートや頻繁な振動が発生しやすく、システムの安定性に影響を与えます。

中程度の硬さ（20 N/mm）：バルブの開閉応答は比較的バランスが取れており、ダイナミックな安定性と応答速度が良好です。

バネ剛性の適切な選択が安全弁の動特性に影響を与える鍵であることがわかります。

異なる作業条件下でスプリング型安全弁の動的応答規則をよりよく明らかにするために、この論文はCFD（計算流体力学）法に基づいた弁の開閉の瞬時シミュレーションモデルを構築しました。弁ディスクの運動方程式を導入し、流体構造結合モデル（FSI）および蒸気媒体の非線形特性を取り入れることで、安全弁の開閉プロセスを正確にシミュレートしています。

モデルは、計算量を簡略化するために二次元軸対称構造を採用しています。ばね力はフックの法則によって記述され、流体方程式はナビエ・ストークス方程式を使用して、バルブの初期開放から完全な閉鎖までの全過程をシミュレートしています。シミュレーションの作業条件設定は実際のテストと一致しており、モデルの信頼性を確保しています。

シミュレーション結果によると、異なるばね剛性の下で、バルブディスクの開度速度と閉度速度は時間とともに著しい非線形変化を示します。剛性の低いばねの場合、バルブディスクはより穏やかに移動しますが、剛性の高いばねの場合、バルブディスクは短時間で急速に開きますが、激しい振動が伴います。減衰係数を調整することで、振動現象をある程度抑制し、システムの動的安定性を向上させることができます。

上記のテストとシミュレーション結果に基づいて、この記事は高パラメータ蒸気スプリング安全弁の動特性を向上させるための以下の技術戦略を提案しています。

システムの圧力範囲とバルブの開閉応答の動特性に応じて、適切なばね剛性が選択され、設計にはばねの非線形剛性特性が考慮され、動的応答速度と安定性が考慮されます。

バルブの開閉プロセス中にダンピング制御を導入します。バルブディスクの周囲にダンパーを追加するか、ダンピングオイルチャンバーデザインを採用することで、バルブディスクの振動やオーバーシュートを効果的に抑制し、バルブの動的安定性を向上させることができます。

耐摩耗合金材料を使用し、弁ディスクの形状を最適化することで、弁ディスクと弁座の接触特性が向上し、開閉プロセス中の摩擦損失が減少し、開閉応答速度が向上します。

CHNLGVF丨中国大乾洋贸は、高パラメーター蒸気安全弁製品の設計に動特性解析と最適化戦略を導入し、製品の安全性と安定性を大幅に向上させました。主な改善点は以下の通りです。

春の剛性モジュラーデザイン：異なる作業条件に適応するために、調整可能な剛性を持つスプリングモジュールを使用します。

ダンピング制御装置の統合：主要箇所にダンピング制御装置を導入することで、バルブの動的応答性能が向上します。

材料の最適化と製造プロセスの改善：高強度で耐摩耗性の材料を使用し、高温高圧条件下での製品の長期信頼性を確保するために精密加工技術を導入します。

この論文は、実験と数値シミュレーションの組み合わせを使用して、高パラメータ蒸気スプリング安全弁の開閉ダイナミック特性について詳細な研究を行い、効果的な技術改善戦略を提案しています。研究結果は、スプリング剛性と減衰特性が安全弁のダイナミック応答に影響を与える重要な要因であることを示しています。この論文の研究は、高パラメータ蒸気安全弁製品の研究開発と製造においてCHNLGVF丨中國大乾洋貿に重要な参考情報を提供しています。

将来の研究は、さまざまな運転条件下での安全弁の動的特性にさらに焦点を当て、人工知能に基づいた動的制御戦略を開発して、より正確な弁の開閉制御を実現することになります。