Ten artykuł przeprowadza dogłębne badania nad dynamicznymi charakterystykami otwierania i zamykania wysokoparametrowych zaworów bezpieczeństwa typu sprężynowego do pary. Poprzez połączenie analizy eksperymentalnej i symulacji numerycznej omawiane są charakterystyki odpowiedzi zaworu w różnych warunkach pracy i sztywności sprężyny. Wyniki badań pokazują, że sztywność sprężyny jest kluczowym czynnikiem wpływającym na dynamiczne charakterystyki zaworów bezpieczeństwa, a proponowana jest strategia optymalizacji w celu poprawy prędkości reakcji i stabilności zaworu, co przyczynia się do poprawy ogólnej wydajności produktu. Wyniki badań są wykorzystywane w badaniach, rozwoju i produkcji zaworów bezpieczeństwa w CHNLGVF | 中國大乾洋貿, dostarczając podstaw teoretycznych i wsparcie techniczne dla firmy w celu poprawy jej konkurencyjności w dziedzinie wysokoparametrowych zaworów bezpieczeństwa parowego.

Wiosenne zawór bezpieczeństwa; test termiczny; charakterystyka dynamiczna; symulacja przejściowa; sztywność sprężyny

Wysoko-parametrowe zawory bezpieczeństwa parowe są szeroko stosowane w dziedzinach przemysłowych, takich jak energetyka, przemysł chemiczny i naftowy, odgrywając ważną rolę w zapewnieniu bezpiecznej pracy rurociągów i urządzeń. W warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia charakterystyka otwierania i zamykania zaworu bezpieczeństwa jest bezpośrednio związana ze stabilnością i bezpieczeństwem systemu. Istniejące badania skupiają się głównie na analizie statycznych charakterystyk i optymalizacji parametrów projektowych, podczas gdy badania nad dynamicznymi charakterystykami otwierania i zamykania są niewystarczające. Na podstawie rzeczywistych potrzeb produktowych CHNLGVF丨中國大乾洋貿, niniejszy artykuł bada zachowanie dynamiczne wysoko-parametrowych zaworów bezpieczeństwa sprężynowych podczas pracy w złożonych warunkach, mając na celu ujawnienie głównych czynników wpływających na ich dynamiczne charakterystyki i zaproponowanie skutecznych usprawnień technicznych. Strategia.

Podstawową zasadą zaworu bezpieczeństwa typu sprężynowego jest zrównoważenie ciśnienia pary wewnątrz systemu poprzez regulację sztywności i siły wstępnego obciążenia sprężyny. Gdy ciśnienie w systemie przekracza ustawioną wartość, tarcza zaworu jest popychana do otwarcia w celu uwolnienia ciśnienia; a gdy ciśnienie wraca do bezpiecznego zakresu, siła sprężyny ponownie dociska tarczę zaworu, aby utrzymać uszczelnienie. Charakterystyka otwierania i zamykania w tym procesie jest nie tylko uzależniona od sztywności sprężyny i siły wstępnego obciążenia, ale także ściśle związana z temperaturą i ciśnieniem płynu w systemie oraz stanem przepływu medium.

Proces otwierania i zamykania zaworu bezpieczeństwa typu sprężynowego można podzielić na następujące etapy:

Stan równowagi początkowej: Tarcza zaworu i siedzisko zaworu pozostają w bliskim kontakcie, a ciśnienie systemu jest niższe niż wartość ustawiona.

Stopień sprężania wiosny: W miarę wzrostu ciśnienia w systemie tarcza zaworu stopniowo jest pchana do otwarcia, a wiosna zaczyna się ściskać.

Stan w pełni otwarty: Tarcza zaworu jest w pełni otwarta, a para w systemie jest uwalniana, aż ciśnienie spadnie do bezpiecznego poziomu.

Stan zamknięty: Gdy ciśnienie w systemie jest niższe niż ustawiona wartość, siła sprężyny ponownie naciska na tarczę zaworu.

Dynamiczne cechy każdego etapu są wpływane przez wiele czynników, takich jak sztywność sprężyny, tłumienie systemu i bezwładność ruchu tarczy zaworu. Dlatego konieczne jest przeprowadzenie testów termicznych i symulacji przejściowych, aby przeprowadzić dogłębną analizę jego zachowania dynamicznego.

W celu wszechstronnego zbadania dynamicznych charakterystyk wysokoparametrowych zaworów bezpieczeństwa sprężynowych do pary, w niniejszej pracy zaprojektowano system testowy do badań termicznych wysokich temperatur i wysokich ciśnień. System obejmuje generatory pary, zawory regulacyjne, zawory bezpieczeństwa sprężynowe, czujniki ciśnienia, czujniki przepływu i inne urządzenia, i może symulować rzeczywiste warunki pracy w różnych temperaturach i ciśnieniach. Materiałem sprężyny używanym w teście był stal 50CrVA, a zaprojektowano kilka zestawów sztywności sprężyn (10 N/mm, 20 N/mm, 30 N/mm), aby obserwować ich wpływ na charakterystyki otwierania i zamykania.

W zależności od różnej sztywności sprężyny, charakterystyka otwierania i zamykania zaworu bezpieczeństwa wykazuje wyraźne różnice.

Gdy sztywność wiosny jest niska (10 N/mm): odpowiedź otwierania i zamykania zaworu jest wolniejsza, a czas otwierania i zamykania jest wydłużony, ale ma lepszy efekt buforowania na wahania ciśnienia systemu.

Gdy sztywność wiosny jest wysoka (30 N/mm): reakcja otwierania i zamykania jest szybka, ale występuje tendencja do nadmiernego przekroczenia i częstych drgań, co wpływa na stabilność systemu.

Średnia sztywność (20 N/mm): Otwieranie i zamykanie zaworu jest stosunkowo zrównoważone, charakteryzuje się dobrą stabilnością dynamiczną i szybkością reakcji.

Można zauważyć, że rozsądny wybór sztywności sprężyny jest kluczem do wpływania na charakterystyki dynamiczne zaworu bezpieczeństwa.

W celu lepszego ujawnienia dynamicznych reguł odpowiedzi zaworów bezpieczeństwa typu sprężynowego w różnych warunkach pracy, w artykule tym opracowano model symulacji przejściowej otwierania i zamykania zaworu oparty na metodzie CFD (dynamika płynów obliczeniowa). Poprzez wprowadzenie równania ruchu tarczy zaworu, model sprzężenia płyn-struktura (FSI) oraz nieliniowe cechy medium parowego, dokładnie zasymulowano proces otwierania i zamykania zaworu bezpieczeństwa.

Model przyjmuje dwuwymiarową osiową strukturę w celu uproszczenia ilości obliczeń. Siła sprężyny jest opisana prawem Hooka, a równanie płynu wykorzystuje równanie Naviera-Stokesa do symulacji całego procesu od początkowego otwarcia zaworu do całkowitego zamknięcia. Ustawienia warunków pracy symulacji są zgodne z rzeczywistymi testami, aby zapewnić niezawodność modelu.

Symulacja wykazała, że przy różnych sztywnościach sprężyn, prędkość otwierania i zamykania tarczy zaworu wykazuje znaczące nieliniowe zmiany w czasie. Dla sprężyn o niższej sztywności tarcza zaworu porusza się delikatniej, podczas gdy przy wyższej sztywności tarcza zaworu otwiera się szybko w krótkim czasie, ale towarzyszy temu silne wibracje. Poprzez regulację współczynnika tłumienia, zjawisko wibracji można w pewnym stopniu tłumić i poprawić dynamiczną stabilność systemu.

Na podstawie powyższych testów i wyników symulacji artykuł proponuje następujące strategie techniczne mające na celu poprawę dynamicznych charakterystyk zaworów bezpieczeństwa wysokoparametrowych sprężyn parowych:

Na podstawie zakresu ciśnienia systemu i charakterystyki dynamicznej otwierania i zamykania zaworu, wybiera się odpowiednią sztywność sprężyny, a charakterystyka nieliniowej sztywności sprężyny jest brana pod uwagę w projekcie, aby uwzględnić prędkość i stabilność dynamicznej odpowiedzi.

Wprowadzenie kontroli tłumienia podczas procesu otwierania i zamykania zaworu. Dodanie tłumika wokół tarczy zaworu lub przyjęcie projektu komory olejowej tłumienia pozwala skutecznie tłumić drgania i przeregulowanie tarczy zaworu, poprawiając tym samym dynamiczną stabilność zaworu.

Poprzez użycie materiałów stopowych odpornych na zużycie i optymalizację kształtu tarczy zaworu, poprawiają się cechy kontaktu między tarczą zaworu a siedziskiem zaworu, zmniejsza się straty tarcia podczas procesu otwierania i zamykania, a także poprawia się szybkość reakcji otwierania i zamykania.

Na podstawie wyników badania tego artykułu, CHNLGVF丨中國大乾洋貿 wprowadził analizę charakterystyki dynamicznej i strategie optymalizacji do projektowania swoich produktów wysokoparametrowych zaworów bezpieczeństwa parowych, co znacząco poprawiło bezpieczeństwo i stabilność produktu. Główne ulepszenia są następujące:

Modułowy projekt sztywności sprężyny: Użyj modułów sprężyn z regulowaną sztywnością, aby dostosować się do różnych warunków pracy.

Integracja urządzeń kontroli tłumienia: Wprowadzenie urządzeń kontroli tłumienia w kluczowych miejscach poprawia wydajność dynamiczną zaworu.

Optymalizacja materiałów i doskonalenie procesu produkcyjnego: Wykorzystanie materiałów o wysokiej wytrzymałości i odporności na zużycie oraz wprowadzenie technologii precyzyjnej obróbki, aby zapewnić długotrwałą niezawodność produktu w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia.

Ten artykuł wykorzystuje kombinację eksperymentów i symulacji numerycznych do przeprowadzenia dogłębnej analizy dynamicznych charakterystyk otwierania i zamykania wysokoparametrowych zaworów bezpieczeństwa na sprężynie parowej, oraz proponuje skuteczne strategie poprawy technologii. Wyniki badań pokazują, że sztywność sprężyny i charakterystyka tłumienia są kluczowymi czynnikami wpływającymi na dynamiczną odpowiedź zaworu bezpieczeństwa. Badania w tym artykule stanowią ważne odniesienie dla CHNLGVF丨中國大乾洋貿 w badaniach i rozwoju oraz produkcji wysokoparametrowych produktów zaworów bezpieczeństwa parowych.

Przyszłe badania będą dalej skupiać się na dynamicznych charakterystykach zaworów bezpieczeństwa w różnych warunkach pracy i rozwijać strategie dynamicznego sterowania oparte na sztucznej inteligencji, aby osiągnąć bardziej precyzyjną kontrolę otwierania i zamykania zaworów.