Bài báo này tiến hành nghiên cứu sâu về đặc tính động mở và đóng của van an toàn loại lò xo hơi cao tham số. Thông qua sự kết hợp của phân tích thực nghiệm và mô phỏng số, các đặc tính phản ứng của van dưới các điều kiện làm việc khác nhau và độ cứng lò xo được thảo luận. Kết quả nghiên cứu cho thấy độ cứng lò xo là yếu tố chính ảnh hưởng đến các đặc tính động của van an toàn, và đề xuất một chiến lược tối ưu hóa để cải thiện tốc độ phản ứng và ổn định của van, từ đó cải thiện hiệu suất tổng thể của sản phẩm. Kết quả nghiên cứu được sử dụng trong nghiên cứu, phát triển và sản xuất van an toàn tại CHNLGVF丨中國大乾洋貿, cung cấp cơ sở lý thuyết và hỗ trợ kỹ thuật cho công ty để cải thiện sự cạnh tranh của mình trong lĩnh vực van an toàn hơi cao tham số.

Loại van an toàn loại lò xo; thử nghiệm nhiệt; đặc tính động; mô phỏng chuyển động; độ cứng lò xo

Van cống an toàn hơi cao tham số được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp như điện lực, hóa chất và dầu khí, đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động an toàn của đường ống và thiết bị. Dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, đặc tính mở và đóng của van an toàn có mối liên hệ trực tiếp với sự ổn định và an toàn của hệ thống. Nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào phân tích đặc tính tĩnh và tối ưu hóa tham số thiết kế, trong khi nghiên cứu về đặc tính mở và đóng động của nó chưa đủ. Dựa trên nhu cầu sản phẩm thực tế của CHNLGVF丨中國大乾洋貿, bài viết này nghiên cứu hành vi phản ứng động của van an toàn loại lò xo hơi cao tham số dưới điều kiện làm việc phức tạp, nhằm mục đích phát hiện các yếu tố chính ảnh hưởng đến đặc tính động của nó và đề xuất các cải tiến kỹ thuật hiệu quả. Chiến lược.

Nguyên tắc cơ bản của van an toàn loại lò xo là cân bằng áp suất hơi trong hệ thống bằng cách điều chỉnh độ cứng và lực tiền tải của lò xo. Khi áp suất hệ thống vượt quá giá trị thiết lập, đĩa van được đẩy mở để giảm áp suất; và khi áp suất trở lại trong phạm vi an toàn, lực của lò xo đẩy đĩa van trở lại để duy trì kín. Đặc tính mở và đóng trong quá trình này không chỉ bị ảnh hưởng bởi độ cứng và lực tiền tải của lò xo, mà còn liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ và áp suất của chất lỏng trong hệ thống và trạng thái dòng chảy của chất.

Quá trình mở và đóng của van an toàn loại lò xo có thể chia thành các giai đoạn sau:

Trạng thái cân bằng ban đầu: Đĩa van và ghế van vẫn tiếp xúc chặt chẽ, và áp suất hệ thống thấp hơn giá trị đặt.

Giai đoạn nén lò xo mùa xuân: Khi áp suất hệ thống tăng lên, đĩa van dần mở và lò xo bắt đầu nén.

Trạng thái hoàn toàn mở: Đĩa van được mở hoàn toàn và hơi nước trong hệ thống được giải phóng cho đến khi áp suất giảm xuống mức an toàn.

Trạng thái đóng cửa: Khi áp suất hệ thống thấp hơn giá trị đã đặt, lực của lò xo đẩy lại đĩa van.

Đặc tính động của mỗi giai đoạn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như độ cứng của lò xo, hệ số giảm sóc hệ thống và độ quán tính chuyển động của đĩa van. Do đó, cần thực hiện các thử nghiệm nhiệt và mô phỏng chuyển động tạm thời để tiến hành phân tích sâu về hành vi động của nó.

Để nghiên cứu toàn diện đặc tính động của van an toàn lò hơi cao tham số, bài báo này thiết kế một hệ thống thử nghiệm nhiệt độ cao và áp suất cao. Hệ thống bao gồm máy phát hơi, van điều chỉnh, van an toàn lò hơi, cảm biến áp suất, cảm biến dòng và các thiết bị khác, và có thể mô phỏng điều kiện làm việc thực tế dưới nhiệt độ và áp suất khác nhau. Vật liệu lò xo được sử dụng trong thử nghiệm là thép 50CrVA, và nhiều bộ lò xo cứng (10 N/mm, 20 N/mm, 30 N/mm) được thiết kế để quan sát tác động của chúng đối với đặc tính mở và đóng.

Dưới độ cứng lò xo mùa xuân khác nhau, đặc điểm mở và đóng của van an toàn cho thấy sự khác biệt rõ ràng:

Khi độ cứng mùa xuân thấp (10 N/mm): phản ứng mở và đóng của van chậm hơn và thời gian mở và đóng được kéo dài, nhưng có hiệu ứng đệm tốt hơn đối với sự dao động của áp suất hệ thống.

Khi độ cứng mùa xuân cao (30 N/mm): phản ứng mở và đóng nhanh chóng, nhưng dễ xảy ra quá mức và rung lắc thường xuyên, ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống.

Độ cứng trung bình (20 N/mm): Phản ứng mở và đóng van tương đối cân bằng, với độ ổn định động và tốc độ phản ứng tốt.

Có thể thấy rằng việc lựa chọn đúng độ cứng của lò xo là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các đặc tính động của van an toàn.

Để tiết lộ tốt hơn các quy tắc phản ứng động của van an toàn loại lò xo dưới các điều kiện làm việc khác nhau, bài báo này đã xây dựng một mô hình mô phỏng tạm thời về việc mở và đóng van dựa trên phương pháp động lực học lưu chất (CFD). Bằng cách giới thiệu phương trình chuyển động của đĩa van, mô hình kết cấu lưu chất (FSI) và các đặc tính phi tuyến của chất lỏng hơi, quá trình mở và đóng của van an toàn được mô phỏng một cách chính xác.

Mô hình áp dụng cấu trúc trục đối xứng hai chiều để đơn giản hóa lượng tính toán. Lực lò xo được mô tả bằng định luật Hooke, và phương trình chất lỏng sử dụng phương trình Navier-Stokes để mô phỏng toàn bộ quá trình từ việc mở van ban đầu đến đóng hoàn toàn. Các cài đặt điều kiện làm việc mô phỏng đồng nhất với các thử nghiệm thực tế để đảm bảo độ tin cậy của mô hình.

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng dưới sự cứng lòi lòi khác nhau, tốc độ mở và đóng của đĩa van thể hiện sự thay đổi phi tuyến đáng kể theo thời gian. Với lòi lòi thấp, đĩa van di chuyển nhẹ nhàng hơn, trong khi với lòi lòi cao, đĩa van mở nhanh trong thời gian ngắn, nhưng sẽ đi kèm theo rung lắc nghiêm trọng. Bằng cách điều chỉnh hệ số giảm chấn, hiện tượng rung có thể được ức chế một cách nhất định và ổn định động của hệ thống có thể được cải thiện.

Dựa trên kết quả kiểm tra và mô phỏng trên, bài viết đề xuất các chiến lược kỹ thuật sau để cải thiện đặc tính động của van an toàn lò hơi cao tham số:

Dựa vào dải áp suất hệ thống và đặc tính động của phản ứng mở và đóng của van, lựa chọn cứng lò xo phù hợp, và xem xét đặc tính cứng không tuyến tính của lò xo trong thiết kế để xem xét tốc độ và ổn định của phản ứng động.

Giới thiệu kiểm soát giảm chấn trong quá trình mở và đóng của van. Bằng cách thêm một bộ giảm chấn xung quanh đĩa van hoặc áp dụng thiết kế buồng dầu giảm chấn, rung và quá mức của đĩa van có thể được khống chế một cách hiệu quả, từ đó cải thiện tính ổn định động của van.

Bằng cách sử dụng vật liệu hợp kim chống mài mòn và tối ưu hóa hình dạng của đĩa van, đặc tính tiếp xúc giữa đĩa van và ghế van được cải thiện, giảm thiểu mất mát ma sát trong quá trình mở và đóng, và cải thiện tốc độ phản hồi mở và đóng.

Dựa trên kết quả nghiên cứu của bài báo này, CHNLGVF đã giới thiệu phân tích đặc tính động và chiến lược tối ưu hóa vào thiết kế sản phẩm van an toàn hơi cao tham số của mình, cải thiện đáng kể tính an toàn và ổn định của sản phẩm. Các cải tiến chính như sau:

Thiết kế mô-đun độ cứng của lò xo mùa xuân: Sử dụng các mô-đun lò xo có độ cứng có thể điều chỉnh để thích nghi với các điều kiện làm việc khác nhau.

Sự tích hợp của các thiết bị điều khiển giảm chấn: Việc giới thiệu các thiết bị điều khiển giảm chấn tại các vị trí chính cải thiện hiệu suất đáp ứng động của van.

Tối ưu hóa vật liệu và cải tiến quy trình sản xuất: Sử dụng vật liệu chịu lực cao và chống mài mòn và áp dụng công nghệ xử lý chính xác để đảm bảo độ tin cậy lâu dài của sản phẩm dưới điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao.

Bài báo này sử dụng sự kết hợp giữa các thí nghiệm và mô phỏng số để tiến hành một nghiên cứu sâu sắc về đặc tính động mở và đóng của van an toàn lò hơi cao tham số, và đề xuất các chiến lược cải tiến công nghệ hiệu quả. Kết quả nghiên cứu cho thấy độ cứng và đặc tính giảm chấn của lò xo là các yếu tố chính ảnh hưởng đến phản ứng động của van an toàn. Nghiên cứu của bài báo này cung cấp một tài liệu tham khảo quan trọng cho CHNLGVF丨中國大乾洋貿 trong nghiên cứu và phát triển cũng như sản xuất các sản phẩm van an toàn lò hơi cao tham số.

Nghiên cứu tương lai sẽ tiếp tục tập trung vào các đặc tính động của van an toàn dưới các điều kiện vận hành khác nhau và phát triển các chiến lược điều khiển động dựa trên trí tuệ nhân tạo để đạt được việc điều khiển mở và đóng van chính xác hơn.