Les vannes papillon métalliques à triple excentricité de grand diamètre à joint dur sont largement utilisées dans les domaines du pétrole, de la chimie, de la métallurgie, de l'énergie électrique et d'autres industries. Elles présentent une structure compacte, une excellente performance d'étanchéité, une résistance élevée aux températures élevées et aux hautes pressions, ainsi qu'une forte résistance à la corrosion. Elles offrent des avantages uniques notamment dans les applications de grand diamètre. Cependant, à mesure que le diamètre de la vanne augmente, la force exercée par le fluide sur la vanne augmente fortement, et le problème de vibration causé par le couplage fluide-structure devient plus évident. Cette vibration affecte non seulement la stabilité de fonctionnement de la vanne, mais peut également causer des dommages par fatigue structurelle et raccourcir la durée de vie. CHNLGVF | 中國大乾閥門 a étudié les caractéristiques de vibration de couplage fluide-solide des vannes papillon métalliques à triple excentricité de grand diamètre en réponse à ces problèmes, et a proposé une stratégie d'optimisation structurelle pour fournir une base théorique et des orientations pratiques pour le développement et la fabrication de vannes papillon de haute qualité.

Par rapport aux vannes papillon traditionnelles, les vannes papillon triple excentricité ont une conception excentrique tridimensionnelle, comprenant l'excentricité axiale et radiale de l'arbre de la vanne par rapport au centre du siège de la vanne, ainsi que l'excentricité géométrique de la surface conique du siège de la vanne et de la plaque papillon. Cette conception permet que le contact entre la plaque papillon et le siège de la vanne ne se fasse que dans une très petite zone pendant le processus d'ouverture et de fermeture de la vanne, réduisant ainsi le frottement et l'usure et prolongeant la durée de vie de la vanne.

Le principe de fonctionnement de la vanne papillon triple excentrique repose principalement sur l'effet de l'excentricité géométrique tridimensionnelle. Lorsque la vanne s'ouvre, la plaque papillon se sépare rapidement du siège de la vanne, réduisant la résistance au frottement ; pendant le processus de fermeture, la plaque papillon entre progressivement en contact avec le siège de vanne conique, créant une force d'étanchéité uniforme. La conception triple excentrique améliore efficacement les performances d'étanchéité et l'efficacité de fonctionnement de la vanne papillon, en maintenant en particulier un effet d'étanchéité stable sous haute température et haute pression.

Les vannes papillon de grand diamètre ont de grands avantages dans le processus de transport et de contrôle des fluides, mais à mesure que le diamètre augmente, la force exercée par la puissance du fluide sur la vanne augmente significativement. Ces forces comprennent la force d'impact, le couple de rotation et les vibrations, qui posent de graves défis à la stabilité structurelle, à l'étanchéité et à la durée de vie de la vanne papillon. Par conséquent, comment optimiser la conception structurelle des vannes papillon dans des conditions de grand diamètre et réduire les vibrations causées par le couplage fluide-solide est un problème urgent à résoudre.

Les caractéristiques du champ de flux de la vanne papillon triple excentrique de grand diamètre sont une base importante pour étudier sa vibration de couplage fluide-structure. À des débits élevés, les tourbillons, la turbulence et les changements de pression locaux générés lorsque le fluide passe à travers la vanne produiront des forces d'impact et des vibrations induites sur le corps de la vanne et la plaque de vanne. Les caractéristiques du champ de flux comprennent principalement:

Distribution de la vitesse du fluide : Le champ de vitesse du fluide passant à travers la vanne est inégal, surtout près de la plaque papillon, ce qui génère de forts tourbillons et des gradients de pression, ce qui produira des forces instables sur la vanne.

Distribution de pression et différence de pression : Il y a une grande différence de pression entre l'entrée et la sortie des vannes de grand diamètre. Surtout pendant le processus d'ouverture et de fermeture locale, le champ de pression local change radicalement, ce qui fait que la plaque de la vanne est soumise à de grandes fluctuations de pression, provoquant des vibrations.

La technologie CFD (Dynamique des Fluides Numérique) peut simuler avec précision les caractéristiques du champ de flux des vannes papillon triple excentriques de grand diamètre dans différentes conditions de travail, et analyser les changements du champ de flux de la vanne dans les états ouvert, fermé et à différentes ouvertures. Ces données fournissent une référence importante pour l'analyse ultérieure des vibrations.

L'interaction fluide-structure (FSI) fait référence au processus dynamique d'interaction entre le fluide et la structure. Dans les vannes papillon de grand diamètre, l'impact du fluide sur la plaque de la vanne et le corps de la vanne provoquera une déformation élastique de la structure. La déformation de la structure affecte à son tour l'état d'écoulement du fluide. Les deux travaillent ensemble pour former un phénomène de vibration. Les principales manifestations du couplage fluide-structure comprennent les aspects suivants:

Les vibrations induites par la turbulence : La turbulence formée lorsque le fluide passe à travers la vanne papillon exerce une force pulsatile instable sur la plaque de la vanne, provoquant une vibration périodique de la plaque de la vanne. Cette vibration peut provoquer une concentration de contraintes dans la structure et causer des dommages de fatigue structurelle.

Fluctuation de pression et résonance : Lorsque la fréquence d'écoulement du fluide est proche de la fréquence naturelle du corps de la vanne ou de la plaque de la vanne, une résonance structurelle sera induite. La résonance amplifie l'amplitude des vibrations et peut endommager la structure de la vanne dans les cas graves.

Excitation par fluide et vibration auto-excitées : À des débits élevés, des phénomènes d'excitation par fluide peuvent se produire dans des zones locales de la vanne, en particulier des vibrations auto-excitées causées par la formation de tourbillons, ce qui pose un défi à la stabilité structurelle de la plaque papillon et du corps de vanne.

Sous l'action d'un fluide haute pression, les pièces clés des vannes papillon à triple excentricité de grand diamètre telles que la plaque papillon, le siège de soupape et le corps de soupape supporteront des contraintes mécaniques complexes. Ces contraintes comprennent principalement des contraintes de cisaillement, des contraintes de compression causées par la pression hydrodynamique et des concentrations de contraintes causées par le poids propre de la structure. La concentration de contraintes peut provoquer une déformation plastique locale, en particulier lors d'une utilisation à long terme, les dommages par fatigue seront plus évidents.

L'analyse par éléments finis (FEA) peut simuler avec précision la distribution des contraintes et la déformation de la structure de la vanne. En analysant la distribution des contraintes dans différentes conditions de travail, nous pouvons identifier la zone de concentration des contraintes et réduire l'impact de cette concentration sur la durée de vie de la vanne grâce à l'optimisation de la structure et à la sélection des matériaux.

La résonance est l'une des principales préoccupations en matière de vibration des vannes papillon. Lorsque la fréquence naturelle de la vanne est proche de la fréquence d'excitation du fluide, une résonance peut se produire dans la structure. La résonance peut considérablement amplifier l'amplitude des vibrations, entraînant des dommages par fatigue des composants de la vanne ou une défaillance d'étanchéité. Par conséquent, dans la conception des vannes papillon, il est nécessaire de prendre en compte la manière d'éviter les problèmes de résonance.

La fréquence naturelle de la vanne papillon peut être obtenue grâce à l'analyse modale, et combinée à l'analyse de la dynamique des fluides, la fréquence d'excitation induite par le fluide peut être calculée. Afin d'éviter la résonance, les paramètres structurels du corps de la vanne et de la plaque de vanne peuvent être ajustés pour que leurs fréquences naturelles soient loin de la fréquence d'excitation du fluide afin d'éviter l'apparition de résonance.

Pour réduire l'impact de la vibration de couplage fluide-structure sur les performances de la vanne papillon, l'optimisation de la forme de la plaque de vanne est l'une des stratégies importantes. La conception profilée de la plaque de vanne peut réduire efficacement l'impact du fluide sur la plaque de vanne et réduire la génération de vortex et de turbulence. De plus, augmenter la rigidité et la distribution de masse raisonnable de la plaque de vanne peut améliorer ses performances anti-vibrations.

Le choix des matériaux a un impact important sur les caractéristiques de vibration des vannes papillon à triple excentricité de grand diamètre. CHNLGVF丨中國大乾閥門丨China Dagangyangmao introduit des matériaux en alliage haute résistance pour augmenter la rigidité du corps de la vanne et de la plaque de la vanne, améliorant ainsi leur résistance aux vibrations. En même temps, l'utilisation de nouveaux matériaux composites peut réduire le poids de la vanne et atténuer l'impact du fluide sur la structure, réduisant ainsi l'amplitude des vibrations.

Pour réduire davantage les effets de vibration des vannes papillon, des matériaux d'amortissement peuvent être ajoutés à l'intérieur du corps de la vanne ou sur la surface de la plaque papillon. Ces matériaux d'amortissement peuvent absorber efficacement l'énergie de vibration et réduire la transmission des vibrations. De plus, l'ajout de supports élastiques ou d'amortisseurs aux parties clés peut également atténuer efficacement les problèmes de vibration causés par le couplage fluide-structure.

Pour améliorer les caractéristiques du champ d'écoulement de la vanne papillon triple excentrique de grand diamètre, la fluctuation de pression et la formation de turbulence du fluide lors de son passage à travers la vanne peuvent être réduites en optimisant la conception du canal d'écoulement interne de la vanne. Par exemple, une plaque de guidage ou un trou de guidage correctement conçu peut guider le fluide à travers la vanne en douceur, réduire les tourbillons locaux et les séparations de flux, réduisant ainsi le risque de vibration.

La R&D et la fabrication de vannes papillon triple excentriques de grand diamètre nécessitent une technologie de traitement de haute précision. CHNLGVF丨中國大乾閥門 a introduit des technologies de fabrication avancées telles que l'usinage CNC et l'impression 3D pour garantir la précision de traitement des pièces clés de la vanne. En particulier, lors du traitement de la plaque de vanne et du siège de vanne, des machines-outils CNC de haute précision sont utilisées pour garantir leur rugosité de surface et leur précision géométrique, et pour assurer une bonne coordination des surfaces d'étanchéité.

Afin de vérifier les caractéristiques de vibration et la stabilité structurelle de la vanne papillon, CHNLGVF丨中國大乾閥門 a mené des tests rigoureux et des vérifications expérimentales. Cela comprend des tests de champ de flux, une analyse modale, des tests de contraintes et de déformations, etc. en laboratoire pour simuler l'état de fonctionnement de la vanne dans différentes conditions de travail. Grâce à ces tests, non seulement la rationalité de la conception de la vanne peut être vérifiée, mais également des données de support peuvent être fournies pour une optimisation ultérieure.

Dans la recherche et le développement de grands robinets papillons métalliques à triple excentricité à joint dur, CHNLGVF丨中國大乾閥門 a adopté des stratégies avancées d'analyse de la dynamique des fluides et d'optimisation structurale pour résoudre le problème de la vibration de couplage fluide-solide. En optimisant la conception de la plaque de vanne, la sélection des matériaux et le contrôle du champ de flux, cela améliore significativement les performances anti-vibrations et la durée de vie de la vanne. À l'avenir, avec l'avancée continue de la fabrication intelligente et de la science des matériaux, les performances et la fiabilité des vannes papillons seront encore améliorées, favorisant l'application généralisée de la technologie des vannes papillons dans divers grands domaines industriels.