이 논문은 고매개 변수 증기 스프링형 안전 밸브의 개폐 동적 특성에 대해 심층적인 연구를 수행합니다. 실험 분석과 수치 시뮬레이션을 결합하여 다양한 작업 조건 및 스프링 강성 하에서의 밸브 응답 특성에 대해 논의합니다. 연구 결과는 스프링 강성이 안전 밸브의 동적 특성에 영향을 미치는 주요 요소임을 보여주며, 밸브의 응답 속도와 안정성을 향상시키기 위한 최적화 전략이 제안됩니다. 이 연구 결과는 CHNLGVF丨中國大乾洋貿에서 안전 밸브의 연구, 개발 및 제조에 활용되어, 회사가 고매개 변수 증기 안전 밸브 분야에서 경쟁력을 향상시키기 위한 이론적 기반과 기술 지원을 제공합니다.

스프링형 안전 밸브; 열 시험; 동적 특성; 일시적 시뮬레이션; 스프링 강성

고파라미터 증기 안전 밸브는 전력, 화학 산업, 석유 등 산업 분야에서 널리 사용되며, 파이프 라인 및 장비의 안전한 운영을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 고온 및 고압 조건에서 안전 밸브의 개폐 특성은 시스템의 안정성과 안전성과 직접적으로 관련이 있습니다. 기존 연구는 주로 정적 특성 분석 및 설계 매개변수 최적화에 초점을 맞추고 있으며, 개방 및 폐쇄 특성에 대한 동적 연구는 미흡합니다. CHNLGVF丨中國大乾洋貿의 실제 제품 요구에 기반하여, 본 논문은 복잡한 작업 조건 하에서 고파라미터 증기 스프링형 안전 밸브의 동적 응답 행동을 연구하고, 그 동적 특성에 영향을 미치는 주요 요인을 밝히고 효과적인 기술 개선 전략을 제안합니다.

스프링형 안전 밸브의 기본 원리는 스프링의 강성과 프리로드 힘을 조절하여 시스템 내의 증기 압력을 균형시키는 것입니다. 시스템 압력이 설정 값을 초과하면 밸브 디스크가 밀려서 압력을 방출하고, 압력이 안전 범위로 돌아가면 스프링 힘이 밸브 디스크를 다시 눌러 밀봉을 유지합니다. 이 과정에서의 개방 및 폐쇄 특성은 스프링 강성과 프리로드 힘뿐만 아니라 시스템 유체의 온도와 압력, 매체의 유동 상태와도 밀접한 관련이 있습니다.

스프링형 안전 밸브의 개폐 과정은 다음 단계로 나눌 수 있습니다:

초기 평형 상태: 밸브 디스크와 밸브 시트는 밀착 상태를 유지하고 시스템 압력은 설정 값보다 낮습니다.

봄 압축 단계: 시스템 압력이 증가함에 따라 밸브 디스크가 서서히 열리고 스프링이 압축되기 시작합니다.

전체 개방 상태: 밸브 디스크가 완전히 열리고 시스템 내의 증기가 안전 수준까지 압력이 떨어질 때까지 방출됩니다.

닫힌 상태: 시스템 압력이 설정 값보다 낮을 때, 스프링 힘이 밸브 디스크를 다시 누릅니다.

각 단계의 동적 특성은 스프링 강성, 시스템 감쇠 및 밸브 디스크 운동 관성과 같은 여러 요인에 영향을 받습니다. 따라서, 열 테스트 및 순간 시뮬레이션이 필요하여 그 동적 행동을 심층 분석해야 합니다.

고파라미터 증기 스프링 안전 밸브의 동적 특성을 포괄적으로 연구하기 위해 본 논문에서는 고온 고압 열 시험 시스템을 설계했습니다. 시스템에는 증기 발생기, 조절 밸브, 스프링 안전 밸브, 압력 센서, 유량 센서 등의 장비가 포함되어 있으며, 다양한 온도와 압력 하에서 실제 작동 조건을 모사할 수 있습니다. 시험에 사용된 스프링 재료는 50CrVA 강철이며, 스프링 강성(10 N/mm, 20 N/mm, 30 N/mm)의 다수 세트가 설계되어 개방 및 폐쇄 특성에 미치는 영향을 관찰했습니다.

다른 스프링 강성에서, 안전 밸브의 개방 및 폐쇄 특성은 명백한 차이를 보여줍니다.

봄 스프링 강성이 낮을 때(10 N/mm): 밸브의 개폐 응답이 느리고 개폐 시간이 연장되지만, 시스템 압력의 변동에 대한 더 나은 완충 효과가 있습니다.

봄 스프링 강성이 높을 때(30 N/mm): 개방 및 폐쇄 응답이 빠르지만 오버슛과 빈번한 진동이 발생하기 쉬워 시스템의 안정성에 영향을 줍니다.

중간 강성 (20 N/mm): 밸브 개폐 반응이 비교적 균형을 이루며, 좋은 동적 안정성과 응답 속도를 갖추고 있습니다.

스프링 강성의 합리적인 선택이 안전 밸브의 동적 특성에 영향을 미치는 핵심 요소임을 알 수 있습니다.

다양한 작업 조건 하에서 스프링형 안전 밸브의 동적 응답 규칙을 더 잘 드러내기 위해, 본 논문은 CFD(Computational Fluid Dynamics) 방법을 기반으로 한 밸브 개폐의 순간 시뮬레이션 모델을 구축했습니다. 밸브 디스크 운동 방정식, 유체-구조 결합 모델(FSI) 및 증기 매체의 비선형 특성을 도입함으로써, 안전 밸브의 개폐 과정이 정확하게 시뮬레이션되었습니다.

모델은 계산 양을 단순화하기 위해 이차원 원대칭 구조를 채택합니다. 스프링 힘은 후크 법칙으로 설명되며, 유체 방정식은 나비에-스톡스 방정식을 사용하여 밸브의 초기 개방부터 완전히 닫힐 때까지의 전 과정을 시뮬레이션합니다. 시뮬레이션 작동 조건 설정은 실제 실험과 일치하여 모델의 신뢰성을 보장합니다.

시뮬레이션 결과에 따르면, 서로 다른 스프링 강성 하에서 밸브 디스크의 개방 속도와 닫힘 속도는 시간에 따라 유의미한 비선형 변화를 보입니다. 강성이 낮은 스프링의 경우 밸브 디스크는 더 부드럽게 움직이는 반면, 강성이 높은 경우 밸브 디스크는 짧은 시간 내에 빠르게 열리지만 심한 진동을 동반할 수 있습니다. 감쇠 계수를 조절함으로써 진동 현상을 어느 정도 억제하고 시스템의 동적 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

위의 시험 및 시뮬레이션 결과를 기반으로, 본문은 고파라미터 증기 스프링 안전 밸브의 동적 특성을 향상시키기 위한 다음 기술 전략을 제안합니다:

시스템 압력 범위 및 밸브의 개폐 응답의 동적 특성에 따라 적절한 스프링 강성이 선택되며, 설계 시 스프링의 비선형 강성 특성이 고려되어 동적 응답 속도와 안정성을 고려합니다.

밸브의 개폐 과정 중 감쇠 제어를 소개합니다. 밸브 디스크 주변에 감쇠기를 추가하거나 감쇠 오일 챔버 디자인을 채택함으로써 밸브 디스크의 진동과 오버슛을 효과적으로 억제하여 밸브의 동적 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

내구 합금 재료를 사용하고 밸브 디스크의 형태를 최적화함으로써 밸브 디스크와 밸브 시트 간의 접촉 특성이 향상되어 개폐 과정 중 마찰 손실이 감소하고 개폐 응답 속도가 향상됩니다.

CHNLGVF는 고파라미터 증기 안전 밸브 제품의 설계에 동적 특성 분석 및 최적화 전략을 도입하여 제품의 안전성과 안정성을 크게 향상시켰습니다. 주요 개선 사항은 다음과 같습니다.

봄 강성 모듈 설계: 조절 가능한 강성을 가진 스프링 모듈을 사용하여 다양한 작업 조건에 적응합니다.

주요 위치에 댐핑 제어 장치를 통합함으로써 밸브의 동적 응답 성능을 향상시킵니다.

고강도 및 내마모성 소재를 사용하고 정밀 가공 기술을 도입하여 고온 및 고압 조건 하에서 제품의 장기 신뢰성을 보장합니다.

이 논문은 실험과 수치 시뮬레이션을 결합하여 고매개변수 증기 스프링 안전 밸브의 개방 및 폐쇄 동적 특성에 대한 심층적인 연구를 수행하고 효과적인 기술 개선 전략을 제안합니다. 연구 결과는 스프링 강성과 감쇠 특성이 안전 밸브의 동적 응답에 영향을 미치는 주요 요인임을 보여줍니다. 본 논문의 연구는 CHNLGVF丨中國大乾洋貿의 고매개변수 증기 안전 밸브 제품의 연구 및 개발 및 제조에 중요한 참고 자료를 제공합니다.

미래 연구는 다양한 운전 조건 하에서 안전 밸브의 동적 특성에 더욱 집중하고, 인공 지능을 기반으로 한 동적 제어 전략을 개발하여 더 정확한 밸브 개폐 제어를 달성할 것입니다.