سوپاپ های فلاتریپل اکسنتریک با قطر بزرگ با سختی فلزی و سیل سخت گره در صنایع نفت، شیمیایی، فلزی، برق و سایر صنایع گسترده استفاده می شوند. آنها دارای ساختار فشرده، عملکرد سیل بی نظیر، مقاومت بالا در برابر دما و فشار بالا و مقاومت قوی در برابر خوردگی هستند. آنها به ویژه در برنامه های با قطر بزرگ مزایای منحصر به فردی را نشان می دهند. با این حال، با افزایش قطر سوپاپ، نیرویی که توسط مایع بر روی سوپاپ اعمال می شود به طور شدید افزایش می یابد، و مشکل ارتعاش ناشی از اتصال مایعات-سازه بیشتر آشکار می شود. این ارتعاش نه تنها بر پایداری کاری سوپاپ تأثیر می گذارد، بلکه ممکن است باعث آسیب خستگی سازه و کوتاه شدن عمر خدمتی شود. CHNLGVF | چین گراندوان ولو ها تحقیقاتی را در مورد ویژگی های ارتعاش مایع-جامد اتصال فلاتریپل اکسنتریک با قطر بزرگ با سختی فلزی و سیل سخت گره انجام داده است و یک استراتژی بهینه سازی سازه ارائه کرده است تا اساس نظری و راهنمایی عملی برای توسعه و تولید سوپاپ های فلاتریپل اکسنتریک با کیفیت بالا فراهم کند.

نسبت به شیرهای پروانه‌ای سنتی، شیرهای پروانه‌ای سه‌محوری دارای طراحی سه‌بعدی محوری و شعاعی محور شیر نسبت به مرکز صندلی شیر هستند، همچنین از نظر انحراف هندسی سطح مخروطی صندلی شیر و پروانه، این طراحی امکان می‌دهد تا تماس بین پروانه و صندلی شیر فقط در یک منطقه بسیار کوچک در طول فرآیند باز و بسته شدن شیر انجام شود، این امر باعث کاهش اصطکاک و سایش و افزایش عمر مفید شیر می‌شود.

اصل کاری سوپاپ مارپیچی سه‌گانه بیشتر بر اثر اثر هندسی سه‌بعدی انحراف است. هنگامی که سوپاپ باز می‌شود، پلاک پروانه به سریع از صندلی سوپاپ جدا می‌شود و مقاومت اصطکاکی کاهش می‌یابد؛ در طول فرآیند بسته شدن، پلاک پروانه به تدریج با صندلی مخروطی تماس می‌گیرد و نیروی چسبندگی یکنواختی ایجاد می‌کند. طراحی مارپیچی سه‌گانه به طور موثر عملکرد چسبندگی و کارایی سوپاپ پروانه را بهبود می‌بخشد، به ویژه تأثیر چسبندگی پایدار را تحت دما و فشار بالا حفظ می‌کند.

سوپاپ های پروانه ای با قطر بزرگ مزایای بزرگی در فرآیند انتقال و کنترل سیالات دارند، اما با افزایش قطر، نیرویی که توسط قدرت سیال بر روی سوپاپ اعمال می شود به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این نیروها شامل نیروی ضربه، گشتاور چرخشی و ارتعاشات هستند که چالش های شدیدی را برای پایداری ساختاری، مهره گیری و عمر مفید سوپاپ پروانه ای ایجاد می کنند. بنابراین، چگونگی بهینه سازی طراحی ساختاری سوپاپ های پروانه ای تحت شرایط قطر بزرگ و کاهش ارتعاشات ناشی از اتصال سیال-جامد یک مسئله فوری برای حل است.

ویژگی‌های میدان جریانی درونی شیر پروانه سه‌محوری با قطر بزرگ، یک پایه مهم برای مطالعه ارتباط ارتعاش سازه-مایع آن است. در نرخ‌های جریان بالا، گرداب‌ها، آشفتگی و تغییرات فشار محلی ایجاد شده هنگامی که مایع از طریق شیر عبور می‌کند، نیروهای ضربه و ارتعاشات انگیزشی روی بدنه و صفحه شیر تولید خواهند کرد. ویژگی‌های میدان جریان اصلی شامل:

توزیع سرعت مایع: میدان سرعت مایعی که از طریق شیر عبور می‌کند نامنظم است، به ویژه نزدیک پلیت پروانه، که جریان‌های گردشی قوی و گرادیان‌های فشاری ایجاد می‌کند، که نیروهای ناپایدار روی شیر تولید خواهد کرد.

توزیع فشار و تفاوت فشار: تفاوت فشار بین ورودی و خروجی شیرهای با قطر بزرگ بسیار زیاد است. به ویژه در طول فرآیند محلی باز و بسته شدن، فشار میدان جریان محلی به طور قابل توجهی تغییر می‌کند، که باعث ایجاد نوسانات فشار بزرگ بر روی صفحه شیر می‌شود و ارتعاش ایجاد می‌کند.

تکنولوژی CFD (Dynamics Computational Fluid) قادر است تا به دقت ویژگی‌های میدان جریان شیرهای پروانه‌ای سه‌محوره با قطر بزرگ را در شرایط کاری مختلف شبیه‌سازی کند و تغییرات میدان جریان شیر را در حالت‌های باز، بسته و باز شدن‌های مختلف تحلیل کند. این داده‌ها مرجع مهمی برای تحلیل ارتعاشات بعدی فراهم می‌کنند.

تعامل ساختار-سیال (FSI) به فرآیند پویای تعامل بین سیال و ساختار اشاره دارد. در شیرهای پروانه‌ای با قطر بزرگ، تأثیر سیال بر صفحه شیر و بدنه شیر باعث تغییرات الاستیک در ساختار می‌شود. تغییرات ساختاری به نوبه خود بر جریان سیال تأثیر می‌گذارد. این دو با هم کار می‌کنند تا پدیده ارتعاشی شکل گیرد. اصلی‌ترین نمایانگران تعامل ساختار-سیال شامل جنبه‌های زیر می‌شود:

ترجمه: ارتعاش ناشی از آشفتگی: آشفتگی شکل گرفته وقتی مایع از طریق شیر پروانه عبور می‌کند، نیروی پالسه ناپایداری بر روی تیغه شیر اعمال می‌شود که باعث ایجاد ارتعاش دوره‌ای در تیغه شیر می‌شود. این ارتعاش می‌تواند منجر به تمرکز تنش در ساختار شود و خسارت خستگی ساختاری ایجاد کند.

فشار نوسان و رزونانس: هنگامی که فرکانس جریان سیال نزدیک به فرکانس طبیعی بدنه شیر یا پلاک شیر باشد، رزونانس ساختاری ایجاد می‌شود. رزونانس باعث افزایش دامنه ارتعاش می‌شود و در موارد شدید ممکن است باعث آسیب به ساختار شیر شود.

پررگذاری مایع و ارتعاش خود تحریک: در سرعت‌های بالای جریان، پدیده‌های پررگذاری مایع ممکن است در مناطق محلی از شیر رخ دهد، به ویژه ارتعاش خود تحریک شده توسط رها شدن گرداب، که چالشی برای پایداری ساختاری پلاک پروانه و بدنه شیر ایجاد می‌کند.

تحت اثر فشار مایع با فشار بالا، قطعات کلیدی از سوپاپ های فرازی سه‌گانه با قطر بزرگ مانند پره فرازی، صندلی سوپاپ و بدنه سوپاپ بار مکانیکی پیچیده‌ای را تحمل خواهند کرد. این تنش‌ها عمدتاً شامل تنش برشی، تنش فشاری ناشی از فشار هیدرودینامیکی و تمرکز تنش ناشی از وزن خود ساختار است. تمرکز تنش ممکن است باعث تغییر شکل پلاستیکی محلی شود، به ویژه در طول استفاده بلندمدت، آسیب خستگی بیشتر مشهود خواهد بود.

تجزیه و تحلیل المان محدود (FEA) می‌تواند به دقت توزیع تنش و تغییر شکل ساختار شیر را شبیه‌سازی کند. با تجزیه و تحلیل توزیع تنش تحت شرایط کاری مختلف، می‌توانیم منطقه تمرکز تنش را پیدا کرده و از طریق بهینه‌سازی ساختار و انتخاب مواد، تأثیر تمرکز تنش بر عمر شیر را کاهش دهیم.

رزونانس یکی از مسائل کلیدی در ارتعاش شیر پروانه است. وقتی فرکانس طبیعی شیر نزدیک به فرکانس تحریک مایع است، ممکن است رزونانس در ساختار رخ دهد. رزونانس می‌تواند به طور قابل توجهی امپلیتود ارتعاش را افزایش دهد، که منجر به خستگی مضر قطعات شیر یا شکست در چرخه گردد. بنابراین، در طراحی شیر پروانه، باید به این مسئله که چگونه مشکلات رزونانس را از بین ببریم توجه کرد.

تناوب طبیعی شیر پروانه می‌تواند از طریق تجزیه و تحلیل مدال به دست آید، و با ترکیب تجزیه و تحلیل دینامیک سیالات، فرکانس تحریک شده توسط سیال می‌تواند محاسبه شود. برای جلوگیری از رزونانس، پارامترهای ساختاری بدنه شیر و صفحه شیر می‌توانند تنظیم شوند تا تناوب‌های طبیعی آن‌ها از فرکانس تحریک سیال دور باشد و از وقوع رزونانس جلوگیری شود.

برای کاهش تأثیر ارتعاش جفت شدن سیال-سازه بر عملکرد شیر پروانه، بهینه‌سازی شکل صفحه شیر یکی از استراتژی‌های مهم است. طراحی آرمیده صفحه شیر می‌تواند به طور موثر تأثیر سیال بر صفحه شیر را کاهش دهد و تولید گرداب و آشفتگی را کاهش دهد. علاوه بر این، افزایش سختی و توزیع منطقی جرم صفحه شیر می‌تواند عملکرد ضد ارتعاش آن را بهبود بخشد.

انتخاب مواد تأثیر مهمی بر ویژگی‌های ارتعاشی شیرهای مارپیچ بزرگ قطر دار با سه محور اصلی دارد. CHNLGVF | چین داگانگیانگمائو | چین داگانگیانگمائو از مواد آلیاژی با استحکام بالا برای افزایش سختی بدنه شیر و صفحه شیر استفاده می‌کند، که باعث افزایش مقاومت آن‌ها در برابر ارتعاش می‌شود. همچنین، استفاده از مواد کامپوزیت جدید می‌تواند وزن شیر را کاهش دهد و تأثیر سیال بر ساختار را کاهش دهد، و این باعث کاهش دامنه ارتعاش می‌شود.

برای کاهش اثرات ارتعاشات بیشتری از شیرهای پروانه‌ای، مواد جذب‌کننده ارتعاش می‌توانند در داخل بدنه شیر یا روی صفحه پروانه اضافه شوند. این مواد جذب‌کننده ارتعاش می‌توانند به طور موثر انرژی ارتعاش را جذب کرده و انتقال ارتعاش را کاهش دهند. در عین حال، اضافه کردن پشتیبان‌های الاستیک یا جاذب‌های شوک به قسمت‌های کلیدی هم می‌تواند به طور موثر مشکلات ارتعاشی ناشی از اتصال ساختاری-سیال را کاهش دهد.

به منظور بهبود ویژگی‌های جریان میدانی شیر پروانه سه‌محوره با قطر بزرگ، می‌توان با بهینه‌سازی طراحی کانال جریان داخلی شیر، نوسان فشار و تشکیل آشفتگی مایع هنگام عبور از شیر را کاهش داد. به عنوان مثال، یک صفحه راهنما یا سوراخ راهنما به طور مناسب می‌تواند مایع را به طور صاف از طریق شیر هدایت کند، جریان‌های گرد محلی و جدایی جریان را کاهش دهد و از این رو خطر ارتعاش را کاهش دهد.

تحقیق و توسعه و تولید شیرهای فرازنده سه‌محوره با قطر بزرگ نیازمند فناوری پردازش با دقت بالا است. CHNLGVF丨中國大乾閥門 فناوری‌های تولید پیشرفته مانند ماشینکاری CNC و چاپ سه‌بعدی را معرفی کرده است تا دقت پردازش بخش‌های کلیدی شیر را تضمین کند. به ویژه در زمان پردازش صفحه شیر و صندلی شیر، از ابزارهای ماشینکاری CNC با دقت بالا برای تضمین خشونت سطح و دقت هندسی آنها استفاده می‌شود و همچنین برای تضمین هماهنگی خوب سطوح نهنگ‌گیری.

برای تأیید ویژگی‌های ارتعاشی و پایداری سازه‌ای شیر پروانه، CHNLGVF丨中國大乾閥門 آزمایش‌های دقیق و تأیید آزمایشی انجام داد. این شامل آزمایش‌های میدان جریان، تجزیه و تحلیل مدال، آزمایش تنش و کرنش و غیره در آزمایشگاه برای شبیه‌سازی وضعیت کاری شیر تحت شرایط کاری مختلف است. از طریق این آزمایش‌ها، نه تنها می‌توان به معقولیت طراحی شیر تأیید داد، بلکه پشتیبانی داده بیشتری برای بهینه‌سازی‌های بعدی نیز فراهم می‌شود.

در تحقیق و توسعه شیرهای فلوتریپل اکسنتریک فلزی با سیل سخت بزرگ قطر، CHNLGVF丨中國大乾閥門 از تجزیه و تحلیل پیشرفته دینامیک سیالات و استراتژی‌های بهینه‌سازی ساختاری برای حل مشکل ارتعاش مشترک سیال-جامد استفاده کرد. با بهینه‌سازی طراحی صفحه شیر، انتخاب مواد و کنترل جریان، عملکرد ضد ارتعاش و عمر مفید شیر به طور قابل توجهی بهبود یافت. در آینده، با پیشرفت مداوم تولید هوشمند و علم مواد، عملکرد و قابلیت اطمینان شیرهای پروانه‌ای بهبود خواهد یافت و ترویج استفاده گسترده از فناوری شیر پروانه‌ای در انواع صنایع اصلی ترویج خواهد شد.