Großdurchmesser-Dreifachexzentermetallhartsitz-Schmetterlingsventile werden weit in den Bereichen Erdöl, Chemie, Metallurgie, Elektrizität und anderen Industriezweigen eingesetzt. Sie zeichnen sich durch eine kompakte Struktur, hervorragende Dichtleistung, hohe Temperatur- und Druckbeständigkeit sowie starke Korrosionsbeständigkeit aus. Insbesondere in Anwendungen mit großem Durchmesser zeigen sie einzigartige Vorteile. Allerdings nimmt mit zunehmendem Ventildurchmesser die Kraft zu, die das Fluid auf das Ventil ausübt, und das durch die Fluid-Struktur-Kopplung verursachte Vibrationsproblem wird deutlicher. Diese Vibration beeinträchtigt nicht nur die Arbeitsstabilität des Ventils, sondern kann auch strukturelle Ermüdungsschäden verursachen und die Lebensdauer verkürzen. CHNLGVF | 中国大乾阀门 hat die Fluid-Festkörper-Kopplungsvibrationseigenschaften von großdurchmessenen Dreifachexzentermetallhartsitz-Schmetterlingsventilen untersucht und als Reaktion auf diese Probleme eine strukturelle Optimierungsstrategie vorgeschlagen, um eine theoretische Grundlage und praktische Anleitung für die Entwicklung und Herstellung hochwertiger Schmetterlingsventile bereitzustellen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Absperrklappen haben dreifach exzentrische Absperrklappen ein dreidimensionales exzentrisches Design, einschließlich der axialen Exzentrizität und der radialen Exzentrizität der Ventilwelle relativ zum Zentrum des Ventilsitzes sowie der geometrischen Exzentrizität der Ventilsitzkegeloberfläche und der Schmetterlingsscheibe. Dieses Design ermöglicht es, dass der Kontakt zwischen der Schmetterlingsscheibe und dem Ventilsitz während des Öffnungs- und Schließvorgangs des Ventils nur in einem sehr kleinen Bereich erfolgt, wodurch Reibung und Verschleiß reduziert und die Lebensdauer des Ventils verlängert werden.

Der Arbeitsprinzip des dreifach exzentrischen Absperrklappenventils beruht hauptsächlich auf der Wirkung der dreidimensionalen geometrischen Exzentrizität. Beim Öffnen des Ventils trennt sich die Schmetterlingsscheibe schnell vom Ventilsitz, wodurch der Reibungswiderstand verringert wird; während des Schließvorgangs berührt die Schmetterlingsscheibe allmählich den konischen Ventilsitz und erzeugt eine gleichmäßige Dichtkraft. Das dreifach exzentrische Design verbessert effektiv die Dichtleistung und die Arbeitsleistung der Absperrklappe, insbesondere die Aufrechterhaltung eines stabilen Dichtungseffekts bei hohen Temperaturen und hohem Druck.

Großdurchmesser-Schmetterlingsventile haben große Vorteile im Prozess des Flüssigkeitstransports und der -kontrolle, aber mit zunehmendem Durchmesser nimmt die Kraft, die von der Fluidkraft auf das Ventil ausgeübt wird, signifikant zu. Diese Kräfte umfassen Aufprallkraft, Drehmoment und Vibration, die ernsthafte Herausforderungen für die strukturelle Stabilität, Abdichtung und Lebensdauer des Schmetterlingsventils darstellen. Daher ist es ein dringend zu lösendes Problem, wie die Struktur von Schmetterlingsventilen unter Bedingungen mit großem Durchmesser optimiert und Vibrationen, die durch die Fluid-Feststoff-Kopplung verursacht werden, reduziert werden können.

Die Strömungsfeldeigenschaften des großkalibrigen dreifach exzentrischen Absperrklappenventils sind eine wichtige Grundlage für die Untersuchung seiner Fluid-Struktur-Kopplungsvibration. Bei hohen Durchflussraten erzeugen die Wirbel, Turbulenzen und lokalen Druckänderungen, die beim Durchströmen des Ventils entstehen, Aufprallkräfte und induzierte Vibrationen am Ventilgehäuse und Ventilteller. Die Strömungsfeldeigenschaften umfassen hauptsächlich:

Die Geschwindigkeitsverteilung der Flüssigkeit: Das Geschwindigkeitsfeld der Flüssigkeit, die durch das Ventil strömt, ist ungleichmäßig, insbesondere in der Nähe der Schmetterlingsplatte, was starke Wirbel und Druckgradienten erzeugt, die instabile Kräfte auf das Ventil ausüben werden.

Druckverteilung und Druckunterschied: Es besteht ein großer Druckunterschied zwischen dem Einlass und dem Auslass von Großventilen. Insbesondere während des lokalen Öffnungs- und Schließvorgangs ändert sich der lokale Strömungsfelddruck drastisch, was dazu führt, dass das Ventilblatt großen Druckschwankungen ausgesetzt ist und Vibrationen verursacht.

Die CFD (Computational Fluid Dynamics) Technologie kann die Strömungsfeldeigenschaften von großkalibrigen dreifach exzentrischen Absperrklappen unter verschiedenen Betriebsbedingungen genau simulieren und die Strömungsfeldveränderungen der Klappe in geöffnetem, geschlossenem und verschiedenen Öffnungszuständen analysieren. Diese Daten liefern wichtige Referenzen für die nachfolgende Vibrationsanalyse.

Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) bezieht sich auf den dynamischen Prozess der Wechselwirkung zwischen Fluid und Struktur. Bei großkalibrigen Absperrklappen führt der Einfluss des Fluids auf die Klappenplatte und den Klappenkörper zu elastischer Verformung der Struktur. Die Verformung der Struktur wiederum beeinflusst den Strömungszustand des Fluids. Die beiden arbeiten zusammen, um ein Schwingungsphänomen zu bilden. Die Hauptmanifestationen der Fluid-Struktur-Kopplung umfassen die folgenden Aspekte:

Turbulenzinduzierte Vibration: Die Turbulenz, die entsteht, wenn die Flüssigkeit durch das Absperrventil strömt, übt eine instabile pulsierende Kraft auf die Ventilplatte aus, wodurch die Ventilplatte periodisch vibriert. Diese Vibration kann zu Spannungskonzentrationen in der Struktur führen und strukturelle Ermüdungsschäden verursachen.

Druckschwankung und Resonanz: Wenn die Frequenz des Fluidflusses der natürlichen Frequenz des Ventilkörpers oder des Ventilplättchens nahe kommt, wird eine strukturelle Resonanz ausgelöst. Resonanz verstärkt die Schwingungsamplitude und kann im schlimmsten Fall Schäden an der Ventilstruktur verursachen.

Fluide Anregung und selbstangeregte Vibration: Bei hohen Durchflussraten können Fluide Anregungsphänomene in lokalen Bereichen des Ventils auftreten, insbesondere selbstangeregte Vibrationen, die durch Wirbelsch shedding verursacht werden und eine Herausforderung für die strukturelle Stabilität der Schmetterlingsplatte und des Ventilgehäuses darstellen.

Unter der Wirkung von Hochdruckflüssigkeit tragen wichtige Teile von großkalibrigen dreifach exzentrischen Absperrklappen wie die Klappenplatte, das Ventilsitz und das Ventilgehäuse komplexe mechanische Spannungen. Diese Spannungen umfassen hauptsächlich Scherspannungen, Druckspannungen durch hydrodynamischen Druck und Spannungskonzentration durch das Eigengewicht der Struktur. Spannungskonzentration kann lokale plastische Verformungen verursachen, insbesondere während des Langzeitbetriebs wird die Ermüdungsschädigung deutlicher.

Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) kann die Spannungsverteilung und Verformung der Ventilstruktur genau simulieren. Durch die Analyse der Spannungsverteilung unter verschiedenen Betriebsbedingungen können wir den Spannungskonzentrationsbereich finden und den Einfluss der Spannungskonzentration auf die Lebensdauer des Ventils durch Strukturoptimierung und Materialauswahl reduzieren.

Resonanz ist eines der Schlüsselprobleme bei der Schwingung von Absperrklappen. Wenn die Eigenfrequenz der Klappe nahe der Fluidanregungsfrequenz liegt, kann Resonanz in der Struktur auftreten. Resonanz kann die Schwingungsamplitude signifikant verstärken und zu Ermüdungsschäden an den Klappenkomponenten oder Dichtungsversagen führen. Daher muss bei der Konstruktion von Absperrklappen darauf geachtet werden, wie Resonanzprobleme vermieden werden können.

Die natürliche Frequenz des Schmetterlingsventils kann durch Modalanalyse ermittelt werden, und in Kombination mit der Fluiddynamikanalyse kann die durch das Fluid verursachte Erregungsfrequenz berechnet werden. Um Resonanzen zu vermeiden, können die strukturellen Parameter des Ventilgehäuses und des Ventilplättchens angepasst werden, um ihre natürlichen Frequenzen weit von der Fluiderregungsfrequenz entfernt zu machen und das Auftreten von Resonanzen zu vermeiden.

Um den Einfluss der Fluid-Struktur-Kopplungsvibration auf die Leistung des Schmetterlingsventils zu reduzieren, ist die Optimierung der Form der Ventilplatte eine der wichtigen Strategien. Das stromlinienförmige Design der Ventilplatte kann den Einfluss des Fluids auf die Ventilplatte effektiv reduzieren und die Bildung von Wirbeln und Turbulenzen verringern. Darüber hinaus kann die Erhöhung der Steifigkeit und die vernünftige Massenverteilung der Ventilplatte ihre Anti-Vibrationsleistung verbessern.

Die Auswahl der Materialien hat einen wichtigen Einfluss auf die Schwingungseigenschaften von großkalibrigen dreifach exzentrischen Absperrklappen. CHNLGVF丨中國大乾閥門丨China Dagangyangmao führt hochfeste Legierungsmaterialien ein, um die Steifigkeit des Klappenkörpers und der Klappenplatte zu erhöhen und damit ihre Schwingungsfestigkeit zu verbessern. Gleichzeitig kann der Einsatz neuer Verbundwerkstoffe das Gewicht der Klappe reduzieren und den Einfluss der Flüssigkeit auf die Struktur verringern, wodurch die Schwingungsamplitude reduziert wird.

Um die Vibrationswirkungen von Absperrklappen weiter zu reduzieren, können Dämpfungsmaterialien im Inneren des Klappenkörpers oder auf der Oberfläche der Klappenplatte hinzugefügt werden. Diese Dämpfungsmaterialien können effektiv Vibrationsenergie absorbieren und die Übertragung von Vibrationen reduzieren. Gleichzeitig können das Hinzufügen von elastischen Stützen oder Stoßdämpfern an wichtigen Teilen auch effektiv Vibrationen, die durch die Fluid-Struktur-Kopplung verursacht werden, lindern.

Um die Strömungsfeldeigenschaften des großkalibrigen dreifach exzentrischen Absperrklappenventils zu verbessern, kann der Druckschwankungen und die Turbulenzbildung des Fluids beim Durchströmen des Ventils durch Optimierung des Designs des internen Strömungskanals des Ventils reduziert werden. Zum Beispiel kann eine richtig konzipierte Leitplatte oder Leitloch das Fluid reibungslos durch das Ventil führen, lokale Wirbelströme und Strömungsablösungen reduzieren und somit das Vibrationsrisiko verringern.

Die Forschung und Entwicklung sowie die Herstellung von großkalibrigen dreifach exzentrischen Absperrklappen erfordern hochpräzise Verarbeitungstechnologien. CHNLGVF丨中國大乾閥門 hat fortschrittliche Fertigungstechnologien wie CNC-Bearbeitung und 3D-Druck eingeführt, um die Verarbeitungsgenauigkeit der Schlüsselteile der Absperrklappe sicherzustellen. Insbesondere während der Bearbeitung der Klappenplatte und des Klappensitzes werden hochpräzise CNC-Maschinenwerkzeuge verwendet, um ihre Oberflächenrauheit und geometrische Genauigkeit sicherzustellen und eine gute Koordination der Dichtflächen zu gewährleisten.

Um die Schwingungseigenschaften und strukturelle Stabilität des Absperrklappenventils zu überprüfen, führte CHNLGVF丨中國大乾閥門 strenge Tests und experimentelle Überprüfungen durch. Dazu gehören Strömungsfeldtests, Modalanalyse, Spannungs- und Dehnungstests usw. im Labor, um den Arbeitszustand des Ventils unter verschiedenen Arbeitsbedingungen zu simulieren. Durch diese Tests kann nicht nur die Rationalität des Ventildesigns überprüft werden, sondern es können auch Daten für die nachfolgende Optimierung bereitgestellt werden.

CHNLGVF丨中國大乾閥門 hat bei der Forschung und Entwicklung von großkalibrigen dreifach exzentrischen Metallhartdichtungsschmetterlingsventilen fortschrittliche Strömungsmechanik-Analysen und Strukturoptimierungsstrategien angewendet, um das Problem der Fluid-Feststoff-Kopplungsvibration zu lösen. Durch die Optimierung des Ventilplattendesigns, der Materialauswahl und der Strömungsfeldsteuerung verbessert sich die Anti-Vibrationsleistung und die Lebensdauer des Ventils erheblich. In Zukunft werden mit dem kontinuierlichen Fortschritt in der intelligenten Fertigung und Materialwissenschaft die Leistung und Zuverlässigkeit von Schmetterlingsventilen weiter verbessert, was die weit verbreitete Anwendung der Schmetterlingsventiltechnologie in verschiedenen wichtigen Industriebereichen fördert.