Penelitian ini melakukan penelitian mendalam tentang karakteristik dinamis pembukaan dan penutupan katup keselamatan jenis pegas uap berparameter tinggi. Melalui kombinasi analisis eksperimental dan simulasi numerik, karakteristik respons katup dalam berbagai kondisi kerja dan kekakuan pegas dibahas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekakuan pegas adalah faktor kunci yang memengaruhi karakteristik dinamis katup keselamatan, dan strategi optimisasi diusulkan untuk meningkatkan kecepatan respons dan stabilitas katup, sehingga meningkatkan kinerja keseluruhan produk. Hasil penelitian digunakan dalam penelitian, pengembangan, dan manufaktur katup keselamatan di CHNLGVF丨中國大乾洋貿, memberikan dasar teoritis dan dukungan teknis bagi perusahaan untuk meningkatkan daya saingnya di bidang katup keselamatan uap berparameter tinggi.

Jenis katup keselamatan tipe musim semi; uji termal; karakteristik dinamis; simulasi transien; kekakuan musim semi

Klep pengaman uap dengan parameter tinggi secara luas digunakan dalam bidang industri seperti tenaga listrik, industri kimia, dan minyak bumi, memainkan peran penting dalam memastikan operasi aman dari pipa dan peralatan. Di bawah kondisi suhu tinggi dan tekanan tinggi, karakteristik pembukaan dan penutupan katup pengaman secara langsung terkait dengan stabilitas dan keamanan sistem. Penelitian yang ada terutama berfokus pada analisis karakteristik statis dan optimisasi parameter desain, sementara penelitian tentang karakteristik pembukaan dan penutupan dinamisnya masih kurang. Berdasarkan kebutuhan produk aktual CHNLGVF丨中國大乾洋貿, artikel ini mempelajari perilaku respons dinamis katup pengaman jenis pegas uap dengan parameter tinggi di bawah kondisi kerja kompleks, bertujuan untuk mengungkapkan faktor utama yang memengaruhi karakteristik dinamisnya dan mengusulkan strategi perbaikan teknis yang efektif.

Prinsip dasar katup keselamatan tipe pegas adalah untuk menyeimbangkan tekanan uap di dalam sistem dengan mengatur kekakuan dan gaya preload pegas. Ketika tekanan sistem melebihi nilai yang ditetapkan, cakram katup didorong terbuka untuk melepaskan tekanan; dan ketika tekanan kembali ke kisaran aman, gaya pegas mendorong kembali cakram katup untuk menjaga segel. Karakteristik pembukaan dan penutupan dalam proses ini tidak hanya dipengaruhi oleh kekakuan pegas dan gaya preload, tetapi juga erat kaitannya dengan suhu dan tekanan fluida sistem serta keadaan aliran medium.

Proses pembukaan dan penutupan katup keselamatan tipe pegas dapat dibagi menjadi tahap-tahap berikut:

Keadaan keseimbangan awal: Cakram katup dan tempat dudukan katup tetap berkontak erat, dan tekanan sistem lebih rendah dari nilai yang ditetapkan.

Tahap kompresi musim semi: Saat tekanan sistem meningkat, cakram katup perlahan terbuka dan musim semi mulai terkompresi.

Kondisi terbuka penuh: Cakram katup terbuka sepenuhnya dan uap dalam sistem dilepaskan hingga tekanan turun ke level aman.

Keadaan tertutup: Ketika tekanan sistem lebih rendah dari nilai yang ditetapkan, gaya pegas menekan kembali cakram katup.

Karakteristik dinamis dari setiap tahap dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti kekakuan pegas, redaman sistem, dan inersia gerakan cakram katup. Oleh karena itu, uji termal dan simulasi transien diperlukan untuk melakukan analisis mendalam terhadap perilaku dinamisnya.

Untuk secara komprehensif mempelajari karakteristik dinamis katup keselamatan pegas uap berparameter tinggi, makalah ini merancang sistem uji termal bertekanan tinggi dan suhu tinggi. Sistem ini mencakup generator uap, katup pengatur, katup keselamatan pegas, sensor tekanan, sensor aliran, dan peralatan lainnya, dan dapat mensimulasikan kondisi kerja nyata pada suhu dan tekanan yang berbeda. Bahan pegas yang digunakan dalam uji adalah baja 50CrVA, dan beberapa set kekakuan pegas (10 N/mm, 20 N/mm, 30 N/mm) dirancang untuk mengamati dampaknya pada karakteristik pembukaan dan penutupan.

Di bawah kekakuan musim semi yang berbeda, karakteristik pembukaan dan penutupan katup keselamatan menunjukkan perbedaan yang jelas:

Ketika kekakuan musim semi rendah (10 N/mm): respons pembukaan dan penutupan katup lebih lambat dan waktu pembukaan dan penutupan diperpanjang, tetapi memiliki efek penyangga yang lebih baik pada fluktuasi tekanan sistem.

Ketika kekakuan musim semi tinggi (30 N/mm): respon pembukaan dan penutupan cepat, tetapi overshoot dan getaran yang sering terjadi cenderung terjadi, memengaruhi stabilitas sistem.

Kekakuan sedang (20 N/mm): Respon pembukaan dan penutupan katup relatif seimbang, dengan stabilitas dinamis yang baik dan kecepatan respon.

Dapat dilihat bahwa pemilihan kekakuan pegas yang tepat adalah kunci untuk mempengaruhi karakteristik dinamis katup keselamatan.

Untuk lebih baik mengungkap aturan respons dinamis katup keselamatan tipe pegas di bawah kondisi kerja yang berbeda, artikel ini membentuk model simulasi transien pembukaan dan penutupan katup berdasarkan metode CFD (dinamika fluida komputasional). Dengan memperkenalkan persamaan gerak cakram katup, model kopling fluida-struktur (FSI) dan karakteristik nonlinier medium uap, proses pembukaan dan penutupan katup keselamatan disimulasikan secara akurat.

Model mengadopsi struktur dua dimensi simetris sumbu untuk menyederhanakan jumlah perhitungan. Gaya pegas dijelaskan oleh hukum Hooke, dan persamaan fluida menggunakan persamaan Navier-Stokes untuk mensimulasikan seluruh proses dari pembukaan katup awal hingga penutupan lengkap. Pengaturan kondisi kerja simulasi konsisten dengan uji coba aktual untuk memastikan keandalan model.

Hasil simulasi menunjukkan bahwa di bawah kekakuan pegas yang berbeda, kecepatan pembukaan dan penutupan cakram katup menunjukkan perubahan nonlinier yang signifikan seiring dengan waktu. Untuk pegas dengan kekakuan yang lebih rendah, cakram katup bergerak lebih lembut, sementara dengan kekakuan yang lebih tinggi, cakram katup membuka dengan cepat dalam waktu singkat, tetapi akan disertai dengan getaran yang parah. Dengan menyesuaikan koefisien redaman, fenomena getaran dapat ditekan sampai batas tertentu dan stabilitas dinamis sistem dapat ditingkatkan.

Berdasarkan uji coba dan hasil simulasi di atas, artikel ini mengusulkan strategi teknis berikut untuk meningkatkan karakteristik dinamis katup keselamatan pegas uap berparameter tinggi:

Berdasarkan rentang tekanan sistem dan karakteristik dinamis respons pembukaan dan penutupan katup, dipilih kekakuan pegas yang sesuai, dan karakteristik kekakuan nonlinier pegas dipertimbangkan dalam desain untuk memperhitungkan kecepatan respons dinamis dan stabilitas.

Memperkenalkan kontrol redaman selama proses pembukaan dan penutupan katup. Dengan menambahkan redaman di sekitar cakram katup atau mengadopsi desain ruang oli redaman, getaran dan overshoot cakram katup dapat ditekan secara efektif, sehingga meningkatkan stabilitas dinamis katup.

Dengan menggunakan bahan paduan tahan aus dan mengoptimalkan bentuk cakram katup, karakteristik kontak antara cakram katup dan tempat dudukan katup ditingkatkan, hilangnya gesekan selama proses pembukaan dan penutupan dikurangi, dan kecepatan respons pembukaan dan penutupan ditingkatkan.

Berdasarkan hasil penelitian artikel ini, CHNLGVF尓中國大乾洋貿 memperkenalkan analisis karakteristik dinamis dan strategi optimisasi ke dalam desain produk katup keselamatan uap berparameter tinggi, yang secara signifikan meningkatkan keamanan dan stabilitas produk. Peningkatan utamanya adalah sebagai berikut:

Desain modular kekakuan musim semi: Gunakan modul musim semi dengan kekakuan yang dapat disesuaikan untuk beradaptasi dengan kondisi kerja yang berbeda.

Integrasi perangkat kontrol redaman: Pengenalan perangkat kontrol redaman di lokasi kunci meningkatkan kinerja respons dinamis katup.

Optimisasi material dan peningkatan proses manufaktur: Gunakan bahan yang kuat dan tahan aus serta perkenalkan teknologi pemrosesan presisi untuk menjamin kehandalan jangka panjang produk dalam kondisi suhu tinggi dan tekanan tinggi.

Artikel ini menggunakan kombinasi eksperimen dan simulasi numerik untuk melakukan studi mendalam tentang karakteristik dinamis pembukaan dan penutupan katup keselamatan pegas uap parameter tinggi, dan mengusulkan strategi perbaikan teknologi yang efektif. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekakuan pegas dan karakteristik redaman adalah faktor kunci yang memengaruhi respons dinamis katup keselamatan. Penelitian artikel ini memberikan referensi penting bagi CHNLGVF丨中國大乾洋貿 dalam penelitian dan pengembangan serta manufaktur produk katup keselamatan uap parameter tinggi.

Penelitian masa depan akan lebih fokus pada karakteristik dinamis katup keselamatan dalam berbagai kondisi operasi dan mengembangkan strategi kontrol dinamis berbasis kecerdasan buatan untuk mencapai kontrol pembukaan dan penutupan katup yang lebih tepat.