الصمامات الفراشية ذات الختم المعدني الثلاثي ذات القطر الكبير تستخدم على نطاق واسع في مجالات البترول والكيمياء والمعادن والطاقة الكهربائية وغيرها من الصناعات. لديها هيكل مدمج، وأداء ختم ممتاز، ومقاومة عالية لدرجات الحرارة العالية والضغوط العالية، ومقاومة قوية للتآكل. تظهر مزايا فريدة خاصة في تطبيقات القطر الكبير. ومع ذلك، مع زيادة قطر الصمام، يزداد القوة التي تمارسها السوائل على الصمام بشكل حاد، ويصبح مشكلة الاهتزاز الناتجة عن تفاعل السائل مع الهيكل أكثر وضوحًا. هذا الاهتزاز لا يؤثر فقط على استقرار عمل الصمام، ولكن قد يسبب أيضًا تلف الهيكل بسبب التعب ويقصر عمر الخدمة. درست CHNLGVF | الصمامات الفراشية ذات الختم المعدني الثلاثي ذات القطر الكبير خصائص الاهتزاز المترابط بين السائل والصلب في استجابة لهذه المشاكل، واقترحت استراتيجية تحسين الهيكل لتوفير الأساس النظري والتوجيه العملي لتطوير وتصنيع صمامات الفراشية عالية الجودة.

بالمقارنة مع الصمامات الفراشة التقليدية، تحتوي صمامات الفراشة ذات الحلقات الثلاثة على تصميم ثلاثي الأبعاد، بما في ذلك الانحراف المحوري والانحراف الشعاعي لعمود الصمام بالنسبة إلى مركز مقعد الصمام، بالإضافة إلى الانحراف الهندسي لسطح مخروط مقعد الصمام ولوحة الفراشة. يسمح هذا التصميم بإتمام الاتصال بين لوحة الفراشة ومقعد الصمام فقط في منطقة صغيرة جدًا أثناء عملية فتح وإغلاق الصمام، مما يقلل من الاحتكاك والتآكل ويعزز من عمر خدمة الصمام.

تعتمد مبدأ عمل صمام الفراشة ذو الإزاحة الثلاثية بشكل رئيسي على تأثير الإزاحة الهندسية ثلاثية الأبعاد. عند فتح الصمام، تنفصل لوحة الفراشة بسرعة عن مقعد الصمام، مما يقلل من مقاومة الاحتكاك؛ أما خلال عملية الإغلاق، تلامس لوحة الفراشة تدريجياً مقعد الصمام المدبب، مما يخلق قوة ختم موحدة. يعمل التصميم ذو الإزاحة الثلاثية على تحسين أداء الختم وكفاءة عمل صمام الفراشة بشكل فعال، خاصة في الحفاظ على تأثير الختم الثابت تحت درجات حرارة عالية وضغوط عالية.

تتمتع الصمامات الفراشية ذات القطر الكبير بمزايا كبيرة في عملية نقل وتحكم السوائل، ولكن مع زيادة القطر، يزداد القوة التي تمارسها السوائل على الصمام بشكل كبير. تشمل هذه القوى القوة الصدمية، وعزم الدوران، والاهتزاز، والتي تشكل تحديات شديدة لاستقرارية الهيكل، والختم، وعمر خدمة الصمام الفراشي. لذلك، كيفية تحسين التصميم الهيكلي لصمامات الفراشة تحت ظروف القطر الكبير وتقليل الاهتزاز الناتج عن التفاعل بين السائل والصلب هو مشكلة عاجلة يجب حلها.

سمات حقل التدفق لصمام الفراشة ذو الحجم الكبير ذو الحلقات الثلاثة المتمركزة هي أساس مهم لدراسة اهتزاز التركيب السائل له. عند معدلات تدفق عالية، ستنتج الدوامات والتشويش والتغييرات في الضغط المحلي التي تحدث عندما يمر السائل من خلال الصمام قوى تأثير واهتزازات مستحثة على جسم الصمام واللوحة الصمام. تشمل سمات حقل التدفق بشكل رئيسي:

توزيع سرعة السائل: حقل السرعة للسائل الذي يمر من خلال الصمام غير متجانس، خاصة بالقرب من الصفيحة الفراشة، مما يولد دوامات قوية وتدرجات ضغط، والتي ستنتج قوى غير مستقرة على الصمام.

توزيع الضغط وفارق الضغط: هناك فارق ضغط كبير بين مدخل ومخرج الصمامات ذات القطر الكبير. خاصة خلال عملية الفتح والإغلاق المحلية، يتغير ضغط حقل التدفق المحلي بشكل كبير، مما يتسبب في تعرض لوحة الصمام لتقلبات ضغط كبيرة، مما يسبب الاهتزاز.

تقنية الديناميكا الحسابية للسوائل (CFD) يمكنها محاكاة خصائص حقل التدفق لصمامات الفراشة ذات الحجم الكبير ذات الثلاثة محاور تحت ظروف عمل مختلفة بدقة، وتحليل تغيرات حقل التدفق للصمام في حالات الفتح والإغلاق وحالات الفتح المختلفة. توفر هذه البيانات مرجعًا مهمًا لتحليل الاهتزازات اللاحقة.

تتعلق تفاعل السوائل والهياكل (FSI) بالعملية الديناميكية للتفاعل بين السائل والهيكل. في صمامات الفراشة ذات القطر الكبير، يتسبب تأثير السائل على لوحة الصمام وجسم الصمام في تسبب تشوه مرن في الهيكل. يؤثر تشوه الهيكل بدوره على حالة تدفق السائل. تعمل العنصران معًا على تشكيل ظاهرة الاهتزاز. تشمل التظاهرات الرئيسية للتشابك بين السوائل والهياكل الجوانب التالية:

تسبب الاهتزاز الناتج عن الاضطراب: يمارس الاضطراب الذي يتكون عندما يمر السائل من خلال صمام الفراشة قوة نبضية غير مستقرة على لوحة الصمام، مما يؤدي إلى اهتزاز اللوحة بانتظام. يمكن أن يتسبب هذا الاهتزاز في تركيز التوتر في الهيكل وتسبب تلف الإجهاد الهيكلي.

تقلب الضغط والرنين: عندما تكون ترددات تدفق السائل قريبة من التردد الطبيعي لجسم الصمام أو لوحة الصمام، سيتم استدعاء الرنين الهيكلي. سيعزز الرنين من شدة الاهتزاز وقد يتسبب في تلف هيكل الصمام في حالات شديدة.

التحفيز السائل والاهتزاز الذاتي: في حالات تدفق عالية، قد تحدث ظواهر التحفيز السائل في مناطق محلية من الصمام، خاصة الاهتزاز الذاتي الناتج عن تساقط الدوامة، مما يشكل تحديًا لاستقرارية الهيكل الخاص بالصفيحة الفراشية وجسم الصمام.

تحت تأثير السائل عالي الضغط، ستتحمل الأجزاء الرئيسية لصمامات الفراشة ذات الحجم الكبير ذات الثلاثة محاور مثل لوحة الفراشة، ومقعد الصمام، وجسم الصمام إجهادًا ميكانيكيًا معقدًا. هذه الإجهادات تشمل بشكل رئيسي الإجهاد القصي والإجهاد الانضغاطي الناتج عن الضغط الهيدروديناميكي، وتركيز الإجهاد الناتج عن وزن الهيكل ذاته. يمكن أن يؤدي تركيز الإجهاد إلى التشوه البلاستيكي المحلي، خاصة خلال الاستخدام على المدى الطويل، حيث ستكون الأضرار الناتجة عن التعب أكثر وضوحًا.

يمكن لتحليل العنصر المحدود (FEA) أن يحاكي بدقة توزيع الإجهاد والتشوه لهيكل الصمام. من خلال تحليل توزيع الإجهاد تحت ظروف عمل مختلفة، يمكننا العثور على منطقة تركيز الإجهاد، وتقليل تأثير تركيز الإجهاد على عمر الصمام من خلال الأمثلة الهيكلية واختيار المواد.

التردد المتردد هو واحد من المشاكل الرئيسية في اهتزاز صمام الفراشة. عندما يكون التردد الطبيعي للصمام قريبًا من تردد تحفيز السائل، قد يحدث تردد في الهيكل. يمكن للتردد أن يعزز بشكل كبير من شدة الاهتزاز، مما يؤدي إلى تلف مكونات الصمام أو فشل الختم. لذلك، يجب أن يُراعى كيفية تجنب مشاكل التردد في تصميم صمام الفراشة.

يمكن الحصول على التردد الطبيعي لصمام الفراشة من خلال تحليل الأوضاع الطبوغرافية، وبالاشتراك مع تحليل ديناميكا السوائل، يمكن حساب تردد التحفيز الناتج عن السوائل. من أجل تجنب الارتجاج، يمكن ضبط المعلمات الهيكلية لجسم الصمام ولوحة الصمام لجعل تردداتهم الطبيعية بعيدة عن تردد تحفيز السوائل لتجنب حدوث الارتجاج.

للحد من تأثير اهتزاز التوافق بين السائل والهيكل على أداء صمام الفراشة، تحسين شكل لوحة الصمام هو واحد من الاستراتيجيات الهامة. يمكن أن يقلل التصميم التياري للوحة الصمام بشكل فعال من تأثير السائل على لوحة الصمام ويقلل من تكوين الدوامة والاضطراب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يحسن زيادة صلابة وتوزيع الكتلة العقلاني لوحة الصمام أدائها المضاد للاهتزاز.

تختلف اختيارات المواد على الاهتمام بالخصائص الاهتزازية لصمامات الفراشة ذات الحجم الكبير ذات الحركة الثلاثية. تقدم شركة CHNLGVF الصينية داغانغيانغماو مواد سبائك عالية القوة لزيادة صلابة جسم الصمام والصفيحة، مما يعزز مقاومتها للاهتزاز. في الوقت نفسه، يمكن تقليل الوزن للصمام وتقليل تأثير السائل على الهيكل من خلال استخدام مواد مركبة جديدة، مما يقلل من شدة الاهتزاز.

يمكن إضافة مواد تخميد داخل جسم الصمام أو على سطح الصفيحة الفراشة لتقليل تأثيرات الاهتزاز بشكل أفضل. يمكن لهذه المواد المخمدة امتصاص الطاقة الناتجة عن الاهتزاز بشكل فعال وتقليل انتقال الاهتزاز. في الوقت نفسه، يمكن أيضًا تخفيف مشاكل الاهتزاز الناتجة عن تأثير التفاعل بين السائل والهيكل عن طريق إضافة دعامات مرنة أو ممتصات صدمات إلى الأجزاء الرئيسية بشكل فعال.

لتحسين خصائص تدفق الحقل لصمام الفراشة ذو الثلاثة غرف الكبيرة، يمكن تقليل تقلب الضغط وتكوين الاضطرابات للسائل عند مروره من خلال الصمام عن طريق تحسين تصميم القناة الداخلية للتدفق في الصمام. على سبيل المثال، يمكن لوحة الإرشاد أو الثقب الإرشادي المصمم بشكل صحيح توجيه السائل عبر الصمام بسلاسة، وتقليل التيارات الدوامية المحلية وفصل التدفق، مما يقلل من خطر الاهتزاز.

تتطلب البحث والتطوير وتصنيع صمامات الفراشة ذات الحجم الكبير والمحور الثلاثي تقنية معالجة عالية الدقة. قد قامت شركة CHNLGVF丨中國大乾閥門 بإدخال تقنيات تصنيع متقدمة مثل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والطباعة ثلاثية الأبعاد لضمان دقة معالجة الأجزاء الرئيسية للصمام. خاصة خلال معالجة لوحة الصمام ومقعد الصمام، يتم استخدام أدوات تصنيع باستخدام الحاسب الآلي عالية الدقة لضمان نعومة سطحها ودقتها الهندسية، وضمان التنسيق الجيد لأسطح الختم.

للتحقق من خصائص الاهتزاز والاستقرار الهيكلي لصمام الفراشة، أجرت CHNLGVF الصينية اختبارات صارمة وتحقق تجريبي. يتضمن ذلك اختبار حقل التدفق، وتحليل الأوضاع الطبيعية، واختبار التوتر والإجهاد، وما إلى ذلك في المختبر لمحاكاة حالة عمل الصمام تحت ظروف عمل مختلفة. من خلال هذه الاختبارات، يمكن التحقق ليس فقط من مدى ملاءمة تصميم الصمام، ولكن أيضًا توفير دعم بيانات للتحسينات التالية.

في البحث والتطوير لصمامات الفراشة الصلبة الثلاثية المحورية ذات القطر الكبير، اعتمدت شركة CHNLGVF丨中國大乾閥門 استراتيجيات تحليل الديناميكا السائلة المتقدمة وتحسين الهيكل لمعالجة مشكلة اهتزاز التوازن بين السائل والصلب. من خلال تحسين تصميم لوحة الصمام، واختيار المواد والتحكم في حقل التدفق، يتم تحسين أداء مقاومة الاهتزاز وعمر الخدمة للصمام بشكل كبير. في المستقبل، مع التقدم المستمر في التصنيع الذكي وعلم المواد، سيتم تحسين أداء وموثوقية صمامات الفراشة بشكل أكبر، مما يعزز التطبيق الواسع لتقنية صمامات الفراشة في مختلف المجالات الصناعية الرئيسية.