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GHNLGVF丨中國大乾洋貿's Analisi delle caratteristiche di vibrazione del fluido-solido e ottimizzazione strutturale nella R&S e nella produzione della valvola a farfalla sigillata a tenuta metallica a triplo eccentrico a grande diametro
2024.10.04
Introduzione
Valvole a farfalla metalliche sigillate a tenuta dura a triplo eccentrico di grande diametro sono ampiamente utilizzate nei settori petrolifero, chimico, metallurgico, elettrico e in altri campi industriali. Hanno una struttura compatta, un'eccellente tenuta, resistenza ad alta temperatura e alta pressione e forte resistenza alla corrosione. Mostrano vantaggi unici soprattutto nelle applicazioni a grande diametro. Tuttavia, all'aumentare del diametro della valvola, la forza esercitata dal fluido sulla valvola aumenta bruscamente, e il problema delle vibrazioni causate dal accoppiamento fluido-struttura diventa più evidente. Queste vibrazioni non solo influenzano la stabilità di lavoro della valvola, ma possono anche causare danni da fatica strutturale e accorciare la durata di servizio. GHNLGVF丨中國大乾洋貿 ha studiato le caratteristiche di vibrazione del accoppiamento fluido-solido delle valvole a farfalla metalliche sigillate a tenuta dura a triplo eccentrico di grande diametro in risposta a questi problemi, e ha proposto una strategia di ottimizzazione strutturale per fornire una base teorica e una guida pratica per lo sviluppo e la produzione di valvole a farfalla di alta qualità.
Concetti di base della valvola a farfalla metallica a tenuta dura a triplo eccentrico di grande diametro
Rispetto alle valvole a farfalla tradizionali, le valvole a farfalla a triplo eccentrico hanno un design eccentrico tridimensionale, che include l'eccentricità assiale e radiale dell'albero della valvola rispetto al centro del sedile della valvola, nonché l'eccentricità geometrica della superficie conica del sedile della valvola e della farfalla. Questo design consente al contatto tra la farfalla e il sedile della valvola di essere completato solo in una piccolissima area durante il processo di apertura e chiusura della valvola, riducendo così l'attrito e l'usura e prolungando la vita utile della valvola.
Principio di funzionamento del design a tre eccentrici
Il principio di funzionamento della valvola a farfalla a triplo eccentrico si basa principalmente sull'effetto dell'eccentricità geometrica tridimensionale. Quando la valvola si apre, la farfalla si separa rapidamente dal sedile della valvola, riducendo la resistenza al attrito; durante il processo di chiusura, la farfalla entra gradualmente in contatto con il sedile della valvola conico, creando una forza di tenuta uniforme. Il design a triplo eccentrico migliora efficacemente le prestazioni di tenuta e l'efficienza di funzionamento della valvola a farfalla, mantenendo in particolare un effetto di tenuta stabile in condizioni di alta temperatura e alta pressione.
Applicazioni e sfide delle valvole a farfalla di grande diametro
Le valvole a farfalla a grande diametro hanno grandi vantaggi nel processo di trasporto e controllo dei fluidi, ma all'aumentare del diametro, la forza esercitata dal fluido sulla valvola aumenta significativamente. Queste forze includono la forza d'impatto, la coppia di rotazione e le vibrazioni, che pongono gravi sfide alla stabilità strutturale, alla tenuta e alla durata della valvola a farfalla. Pertanto, come ottimizzare il design strutturale delle valvole a farfalla in condizioni di grande diametro e ridurre le vibrazioni causate dal accoppiamento fluido-solido è un problema urgente da risolvere.
Analisi delle caratteristiche del campo di flusso e delle vibrazioni di accoppiamento fluido-solido.
Analisi delle caratteristiche del campo di flusso 2.1
Le caratteristiche del campo di flusso della valvola a farfalla a triplo eccentrico di grande diametro sono una base importante per lo studio della vibrazione di accoppiamento fluido-struttura. A velocità di flusso elevate, le vortici, la turbolenza e le variazioni locali di pressione generate quando il fluido passa attraverso la valvola produrranno forze d'impatto e vibrazioni indotte sul corpo della valvola e sulla piastra della valvola. Le caratteristiche del campo di flusso includono principalmente:
Distribuzione della velocità del fluido: Il campo di velocità del fluido che passa attraverso la valvola è irregolare, specialmente vicino alla piastra a farfalla, generando forti vortici e gradienti di pressione, che produrranno forze instabili sulla valvola.
Distribuzione della pressione e differenza di pressione: c'è una grande differenza di pressione tra l'ingresso e l'uscita delle valvole a grande diametro. Specialmente durante il processo di apertura e chiusura locale, il campo di flusso locale subisce variazioni di pressione drastiche, causando alla piastra della valvola fluttuazioni di pressione elevate, che provocano vibrazioni.
La tecnologia CFD (Dinamica dei Fluidi Computazionale) può simulare con precisione le caratteristiche del campo di flusso delle valvole a farfalla a triplo eccentrico di grande diametro in diverse condizioni di lavoro e analizzare le variazioni del campo di flusso della valvola in stato aperto, chiuso e in diversi stati di apertura. Questi dati forniscono importanti riferimenti per l'analisi delle vibrazioni.
Meccanismo di vibrazione di accoppiamento fluido-struttura 2.2
L'interazione fluido-struttura (FSI) si riferisce al processo dinamico di interazione tra fluido e struttura. Nei grandi valvole a farfalla di diametro, l'impatto del fluido sulla piastra della valvola e sul corpo della valvola causerà una deformazione elastica della struttura. La deformazione della struttura a sua volta influisce sullo stato del flusso del fluido. I due lavorano insieme per formare un fenomeno di vibrazione. Le principali manifestazioni del accoppiamento fluido-struttura includono i seguenti aspetti:
Le vibrazioni indotte dalla turbolenza: La turbolenza formata quando il fluido passa attraverso la valvola a farfalla esercita una forza pulsante instabile sulla piastra della valvola, causando vibrazioni periodiche della piastra della valvola. Questa vibrazione può causare concentrazione di stress nella struttura e danni da fatica strutturale.
Fluttuazione di pressione e risonanza: Quando la frequenza del flusso del fluido è vicina alla frequenza naturale del corpo valvola o della piastra valvola, verrà indotta una risonanza strutturale. La risonanza amplificherà l'ampiezza delle vibrazioni e potrebbe causare danni alla struttura della valvola nei casi più gravi.
Eccitazione fluida e vibrazione autoeccitata: A flussi elevati, possono verificarsi fenomeni di eccitazione del fluido in aree locali della valvola, in particolare la vibrazione autoeccitata causata dal distacco dei vortici, che pone una sfida alla stabilità strutturale della farfalla e del corpo valvola.
Analisi delle caratteristiche dello stress, della deformazione e della risonanza.
Distribuzione dello stress e deformazione
Sotto l'azione di un fluido ad alta pressione, le parti chiave delle valvole a farfalla a triplo eccentrico a grande diametro come la piastra a farfalla, il sedile della valvola e il corpo della valvola sopporteranno stress meccanici complessi. Questi stress includono principalmente stress di taglio, stress compressivo causato dalla pressione idrodinamica e concentrazione dello stress causata dal peso proprio della struttura. La concentrazione dello stress può causare deformazioni plastiche locali, specialmente durante l'uso a lungo termine, i danni da fatica saranno più evidenti.
L'analisi agli elementi finiti (FEA) può simulare accuratamente la distribuzione dello stress e la deformazione della struttura della valvola. Analizzando la distribuzione dello stress in diverse condizioni di lavoro, possiamo individuare l'area di concentrazione dello stress e ridurre l'impatto della concentrazione dello stress sulla durata della valvola attraverso l'ottimizzazione strutturale e la selezione dei materiali.
Analisi delle caratteristiche di risonanza 3.2
La risonanza è una delle questioni chiave nella vibrazione della valvola a farfalla. Quando la frequenza naturale della valvola è vicina alla frequenza di eccitazione del fluido, può verificarsi la risonanza nella struttura. La risonanza può amplificare significativamente l'ampiezza delle vibrazioni, portando al danneggiamento da fatica dei componenti della valvola o al fallimento della tenuta. Pertanto, nel design della valvola a farfalla, è necessario considerare come evitare i problemi di risonanza.
La frequenza naturale della valvola a farfalla può essere ottenuta attraverso l'analisi modale e, combinata con l'analisi della dinamica dei fluidi, la frequenza di eccitazione indotta dal fluido può essere calcolata. Per evitare la risonanza, i parametri strutturali del corpo valvola e della piastra valvola possono essere regolati in modo che le loro frequenze naturali siano molto distanti dalla frequenza di eccitazione del fluido per evitare l'insorgenza di risonanza.
Strategia di ottimizzazione strutturale
4.1 Ottimizzazione della forma della piastra della valvola
Per ridurre l'impatto delle vibrazioni di accoppiamento fluido-struttura sulle prestazioni della valvola a farfalla, ottimizzare la forma della piastra della valvola è una delle strategie importanti. Il design aerodinamico della piastra della valvola può ridurre efficacemente l'impatto del fluido sulla piastra della valvola e ridurre la generazione di vortici e turbolenze. Inoltre, aumentare la rigidità e la distribuzione ragionevole della massa della piastra della valvola può migliorare le sue prestazioni anti-vibrazione.
ottimizzazione del materiale del corpo valvola 4.2
La selezione dei materiali ha un impatto importante sulle caratteristiche di vibrazione delle valvole a farfalla a triplo eccentrico di grande diametro. GHNLGVF | China Dagangyangmao introduce materiali in lega ad alta resistenza per aumentare la rigidità del corpo valvola e della piastra valvola, migliorando così la loro resistenza alle vibrazioni. Allo stesso tempo, l'uso di nuovi materiali compositi può ridurre il peso della valvola e ridurre l'impatto del fluido sulla struttura, riducendo così l'ampiezza delle vibrazioni.
Design di riduzione delle vibrazioni 4.3
Per ridurre ulteriormente gli effetti delle vibrazioni delle valvole a farfalla, è possibile aggiungere materiali smorzanti all'interno del corpo valvola o sulla superficie della piastra a farfalla. Questi materiali smorzanti possono assorbire efficacemente l'energia delle vibrazioni e ridurre la trasmissione delle vibrazioni. Allo stesso tempo, l'aggiunta di supporti elastici o ammortizzatori alle parti chiave può anche alleviare efficacemente i problemi di vibrazione causati dal accoppiamento fluido-struttura.
Controllo del campo di flusso 4.4
Per migliorare le caratteristiche del campo di flusso della valvola a farfalla triplice eccentrica di grande diametro, è possibile ridurre le fluttuazioni di pressione e la formazione di turbolenza del fluido durante il passaggio attraverso la valvola ottimizzando il design del canale di flusso interno della valvola. Ad esempio, una piastra guida o un foro guida progettati correttamente possono indirizzare il fluido attraverso la valvola in modo uniforme, ridurre le correnti vorticose locali e la separazione del flusso, riducendo così il rischio di vibrazioni.
5. Pratiche di R&S e produzione
Applicazione della tecnologia manifatturiera avanzata
La R&S e la produzione di valvole a farfalla a triplo eccentrico di grande diametro richiedono una tecnologia di lavorazione ad alta precisione. GHNLGVF丨中國大乾洋貿 ha introdotto tecnologie di produzione avanzate come la lavorazione CNC e la stampa 3D per garantire l'accuratezza di lavorazione delle parti chiave della valvola. Specialmente durante la lavorazione della piastra della valvola e del sedile della valvola, vengono utilizzati macchinari CNC ad alta precisione per garantire la rugosità superficiale e l'accuratezza geometrica, e per assicurare una buona coordinazione delle superfici di tenuta.
Test e verifica
Per verificare le caratteristiche di vibrazione e la stabilità strutturale della valvola a farfalla, GHNLGVF丨中國大乾洋貿 ha condotto rigorosi test e verifiche sperimentali. Ciò include test di campo di flusso, analisi modale, test di stress e deformazione, ecc. in laboratorio per simulare lo stato di funzionamento della valvola in diverse condizioni di lavoro. Attraverso questi test, non solo è possibile verificare la razionalità del design della valvola, ma anche fornire supporto dati per ottimizzazioni successive.
6. Conclusion and outlook -> 6. Conclusione e prospettive
Nella ricerca e nello sviluppo di valvole farfalla metalliche sigillate a tenuta dura a triplo eccentrico di grande diametro, GHNLGVF丨中國大乾洋貿 ha adottato avanzate strategie di analisi della dinamica dei fluidi e di ottimizzazione strutturale per affrontare il problema della vibrazione di accoppiamento fluido-solido. Ottimizzando il design della piastra della valvola, la selezione dei materiali e il controllo del campo di flusso, si migliora significativamente le prestazioni anti-vibrazione e la durata della valvola. In futuro, con il continuo avanzamento della produzione intelligente e della scienza dei materiali, le prestazioni e l'affidabilità delle valvole farfalla saranno ulteriormente migliorate, promuovendo l'ampia applicazione della tecnologia delle valvole farfalla in vari importanti settori industriali.
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