Este artigo realiza uma pesquisa aprofundada sobre as características dinâmicas de abertura e fechamento de válvulas de segurança de mola a vapor de alta pressão. Através de uma combinação de análise experimental e simulação numérica, são discutidas as características de resposta da válvula sob diferentes condições de trabalho e rigidez da mola. Os resultados da pesquisa mostram que a rigidez da mola é um fator-chave que afeta as características dinâmicas das válvulas de segurança, e uma estratégia de otimização é proposta para melhorar a velocidade de resposta e estabilidade da válvula, melhorando assim o desempenho geral do produto. Os resultados da pesquisa são utilizados na pesquisa, desenvolvimento e fabricação de válvulas de segurança na CHNLGVF丨中國大乾洋貿, fornecendo uma base teórica e suporte técnico para a empresa melhorar sua competitividade no campo das válvulas de segurança a vapor de alta pressão.

Válvula de segurança tipo mola; teste térmico; características dinâmicas; simulação transitória; rigidez da mola

As válvulas de segurança a vapor de alto parâmetro são amplamente utilizadas em campos industriais como energia elétrica, indústria química e petróleo, desempenhando um papel importante na garantia da operação segura de dutos e equipamentos. Sob condições de alta temperatura e alta pressão, as características de abertura e fechamento da válvula de segurança estão diretamente relacionadas à estabilidade e segurança do sistema. A pesquisa existente se concentra principalmente na análise das características estáticas e na otimização dos parâmetros de design, enquanto a pesquisa sobre suas características dinâmicas de abertura e fechamento é insuficiente. Com base nas necessidades reais do produto da CHNLGVF丨中國大乾洋貿, este artigo estuda o comportamento de resposta dinâmica das válvulas de segurança a vapor de mola de alto parâmetro sob condições de trabalho complexas, com o objetivo de revelar os principais fatores que afetam suas características dinâmicas e propor melhorias técnicas eficazes. Estratégia.

O princípio básico da válvula de segurança tipo mola é equilibrar a pressão do vapor dentro do sistema ajustando a rigidez e a força de pré-carga da mola. Quando a pressão do sistema excede o valor definido, o disco da válvula é empurrado para abrir e liberar a pressão; e quando a pressão retorna a uma faixa segura, a força da mola comprime novamente o disco da válvula para manter a vedação. As características de abertura e fechamento nesse processo não são apenas afetadas pela rigidez da mola e pela força de pré-carga, mas também estão intimamente relacionadas à temperatura e pressão do fluido do sistema e ao estado de fluxo do meio.

O processo de abertura e fechamento da válvula de segurança tipo mola pode ser dividido nas seguintes etapas:

Estado de equilíbrio inicial: O disco da válvula e o assento da válvula permanecem em contato próximo, e a pressão do sistema é menor do que o valor definido.

Estágio de compressão da mola: À medida que a pressão do sistema aumenta, o disco da válvula é gradualmente empurrado para abrir e a mola começa a comprimir.

Estado totalmente aberto: O disco da válvula está totalmente aberto e o vapor no sistema é liberado até que a pressão caia para um nível seguro.

Estado fechado: Quando a pressão do sistema é inferior ao valor definido, a força da mola reprime o disco da válvula.

As características dinâmicas de cada estágio são afetadas por múltiplos fatores, como rigidez da mola, amortecimento do sistema e inércia do movimento do disco da válvula. Portanto, testes térmicos e simulações transitórias são necessários para realizar uma análise aprofundada de seu comportamento dinâmico.

Para estudar de forma abrangente as características dinâmicas das válvulas de segurança de mola a vapor de alta pressão, este artigo projetou um sistema de teste térmico de alta temperatura e alta pressão. O sistema inclui geradores de vapor, válvulas reguladoras, válvulas de segurança de mola, sensores de pressão, sensores de fluxo e outros equipamentos, e pode simular condições de trabalho reais sob diferentes temperaturas e pressões. O material da mola usado no teste foi aço 50CrVA, e múltiplos conjuntos de rigidez da mola (10 N/mm, 20 N/mm, 30 N/mm) foram projetados para observar seu impacto nas características de abertura e fechamento.

Sob diferentes rigidezes da mola, as características de abertura e fechamento da válvula de segurança mostram diferenças óbvias:

Quando a rigidez da mola é baixa (10 N/mm): a resposta de abertura e fechamento da válvula é mais lenta e o tempo de abertura e fechamento é prolongado, mas tem um melhor efeito de amortecimento na flutuação da pressão do sistema.

Quando a rigidez da mola é alta (30 N/mm): a resposta de abertura e fechamento é rápida, mas é propenso a ocorrer overshoot e vibração frequente, afetando a estabilidade do sistema.

Rigidez média (20 N/mm): A abertura e fecho da válvula são relativamente equilibrados, com boa estabilidade dinâmica e velocidade de resposta.

Pode-se ver que a seleção razoável da rigidez da mola é a chave para afetar as características dinâmicas da válvula de segurança.

Para melhor revelar as regras de resposta dinâmica das válvulas de segurança do tipo mola sob diferentes condições de trabalho, este artigo estabeleceu um modelo de simulação transitória de abertura e fechamento da válvula com base no método de dinâmica dos fluidos computacional (CFD). Ao introduzir a equação de movimento do disco da válvula, o modelo de acoplamento fluido-estrutura (FSI) e as características não lineares do meio de vapor, o processo de abertura e fechamento da válvula de segurança é simulado com precisão.

O modelo adota uma estrutura axissimétrica bidimensional para simplificar a quantidade de cálculos. A força da mola é descrita pela lei de Hooke, e a equação do fluido usa a equação de Navier-Stokes para simular todo o processo, desde a abertura inicial da válvula até o fechamento completo. As configurações de condições de trabalho da simulação são consistentes com os testes reais para garantir a confiabilidade do modelo.

Os resultados da simulação mostram que sob diferentes rigidezes da mola, a velocidade de abertura e fechamento do disco da válvula apresentam mudanças não lineares significativas com o tempo. Para molas com menor rigidez, o disco da válvula se move mais suavemente, enquanto com maior rigidez, o disco da válvula se abre rapidamente em pouco tempo, mas será acompanhado por vibrações severas. Ajustando o coeficiente de amortecimento, o fenômeno de vibração pode ser suprimido até certo ponto e a estabilidade dinâmica do sistema pode ser melhorada.

Com base nos testes e resultados de simulação acima, este artigo propõe as seguintes estratégias técnicas para melhorar as características dinâmicas das válvulas de segurança de mola a vapor de alto parâmetro:

De acordo com a faixa de pressão do sistema e as características dinâmicas da resposta de abertura e fechamento da válvula, é selecionada a rigidez da mola apropriada, e as características de rigidez não linear da mola são consideradas no projeto para levar em conta a velocidade e estabilidade da resposta dinâmica.

Introduzindo o controle de amortecimento durante o processo de abertura e fechamento da válvula. Ao adicionar um amortecedor ao redor do disco da válvula ou adotar um design de câmara de óleo de amortecimento, a vibração e a sobreposição do disco da válvula podem ser efetivamente suprimidas, melhorando assim a estabilidade dinâmica da válvula.

Ao usar materiais de liga resistente ao desgaste e otimizar a forma do disco da válvula, as características de contato entre o disco da válvula e o assento da válvula são melhoradas, a perda por atrito durante o processo de abertura e fechamento é reduzida e a velocidade de resposta de abertura e fechamento é melhorada.

Com base nos resultados da pesquisa deste artigo, a CHNLGVF introduziu a análise de características dinâmicas e estratégias de otimização no design de seus produtos de válvulas de segurança a vapor de alto parâmetro, melhorando significativamente a segurança e estabilidade do produto. As principais melhorias são as seguintes:

Design modular de rigidez da mola: Use módulos de mola com rigidez ajustável para se adaptar a diferentes condições de trabalho.

A integração de dispositivos de controle de amortecimento: A introdução de dispositivos de controle de amortecimento em locais-chave melhora o desempenho da resposta dinâmica da válvula.

Otimização de material e melhoria do processo de fabricação: Utilize materiais de alta resistência e resistência ao desgaste e introduza tecnologia de processamento de precisão para garantir a confiabilidade a longo prazo do produto em condições de alta temperatura e alta pressão.

Este artigo utiliza uma combinação de experimentos e simulações numéricas para realizar um estudo aprofundado das características dinâmicas de abertura e fechamento de válvulas de segurança de mola a vapor de alto parâmetro, e propõe estratégias eficazes de melhoria tecnológica. Os resultados da pesquisa mostram que a rigidez da mola e as características de amortecimento são fatores-chave que afetam a resposta dinâmica da válvula de segurança. A pesquisa deste artigo fornece uma referência importante para a CHNLGVF丨中國大乾洋貿 na pesquisa e desenvolvimento e fabricação de produtos de válvulas de segurança a vapor de alto parâmetro.

A pesquisa futura se concentrará ainda mais nas características dinâmicas das válvulas de segurança sob várias condições de operação e desenvolverá estratégias de controle dinâmico com base em inteligência artificial para alcançar um controle de abertura e fechamento de válvulas mais preciso.