Klapki motylkowe są ważnymi urządzeniami kontrolnymi w przemysłowych systemach rurociągowych i są szeroko stosowane w wielu dziedzinach, takich jak przemysł naftowy, chemiczny i spożywczy. Aby poprawić wydajność i trwałość klapki motylkowej, CHNLGVF丨中國大乾洋貿 wykorzystuje technologię analizy pola przepływu i metody optymalizacji strukturalnej do przeprowadzenia dogłębnych badań i ulepszeń w procesie projektowania i produkcji. Niniejsza praca łączy narzędzia symulacji dynamiki płynów obliczeniowych (CFD) do analizy wewnętrznych charakterystyk pola przepływu klapki motylkowej i proponuje szereg schematów optymalizacyjnych w celu poprawy ich uszczelnienia, zmniejszenia strat ciśnienia i wydłużenia ich żywotności. Dzięki wysokiej jakości badaniom i rozwojowi oraz produkcji, wydajność pracy klapki motylkowej została znacząco poprawiona, zapewniając niezawodność i efektywność produktów.

Kluczowe słowa: motylkowa zawór zwrotny, analiza pola przepływu, optymalizacja strukturalna, wysokiej jakości badania i rozwój, utrata ciśnienia, uszczelnienie.

Klapki motylkowe są powszechnymi urządzeniami do kontroli płynów w przemysłowych systemach kontroli płynów. Ich główną funkcją jest zapobieganie cofaniu się medium i utrzymanie stabilności systemu rurociągowego. Ze względu na unikalny design i szerokie zastosowanie klapki motylkowe muszą charakteryzować się dobrą wydajnością dynamiczną płynów, efektywnym uszczelnieniem oraz wystarczającą trwałością. Jednak tradycyjne klapki motylkowe borykają się z problemami takimi jak nadmierne opory płynów, niewystarczająca wydajność uszczelnienia oraz ograniczona wytrzymałość konstrukcyjna podczas użytkowania, co ogranicza ich zakres zastosowań i żywotność.

Wraz z postępem automatyzacji przemysłowej i rozwojem technologicznym, wymagania rynku wobec zaworów zwrotnych motylkowych stopniowo rosną. W tym kontekście CHNLGVF丨中國大乾洋貿 przeprowadził badania i rozwój oraz produkcję zaworów zwrotnych motylkowych wysokiej jakości, mając na celu kompleksowe poprawienie wskaźników wydajności zaworów zwrotnych motylkowych poprzez środki techniczne analizy pola przepływu i optymalizacji strukturalnej. Niniejszy artykuł będzie badał charakterystyki pola przepływu zaworów zwrotnych motylkowych z perspektywy mechaniki płynów i proponował konkretne strategie optymalizacji strukturalnej w celu osiągnięcia efektywnej pracy w warunkach pracy o złożonej strukturze.

Zawory motylkowe to zawory jednokierunkowe, które polegają na przepływie mediów, aby napędzić płytę zaworu do automatycznego otwierania i zamykania. Mają prostą konstrukcję i składają się głównie z korpusu zaworu, płyty zaworu, trzpienia zaworu i uszczelki. Gdy medium przepływa do przodu, medium popycha płytę zaworu, aby otworzyć zawór i umożliwić przepływ płynu; gdy medium przepływa w kierunku przeciwnym, płyta zaworu zamyka się pod wpływem siły reakcji, aby zapobiec cofaniu się przepływu.

Dynamika płynów zaworów motylkowych ma kluczowy wpływ na ich wydajność. Podczas procesu otwierania i zamykania zaworów motylkowych, płyn tworzy złożoną ścieżkę przepływu w korpusie zaworu, zwłaszcza w pobliżu płyty zaworu, co sprzyja powstawaniu wirów, turbulencji i przepływom płynu. Te zjawiska przepływu nie tylko zwiększają straty ciśnienia w systemie, ale także mogą powodować erozję i zużycie powierzchni uszczelniającej, co wpływa na żywotność i wydajność uszczelnienia zaworu.

Chociaż zawory motylkowe są proste w konstrukcji i niskie w kosztach, tradycyjne projekty stawiają przed nimi następujące główne wyzwania w zastosowaniu:

Wysoki spadek ciśnienia: W częściowo otwartym stanie ścieżka przepływu płynu omijającego płytę zaworu jest stosunkowo skomplikowana, co prowadzi do większej straty ciśnienia i zmniejszenia efektywności systemu.

Ograniczona wydajność uszczelniania: W warunkach wysokiego ciśnienia lub wysokiej temperatury uszczelki zaworów motylkowych mogą ulegać starzeniu i deformacji, co wpływa na efekt uszczelniania.

Problemy z wytrzymałością konstrukcyjną: Siła między płytą zaworu a korpusu zaworu spowoduje zużycie w długotrwałym użytkowaniu, co skutkuje zmniejszeniem wytrzymałości konstrukcyjnej i skróceniem żywotności produktu.

Na podstawie powyższych problemów CHNLGVF丨中國大乾洋貿 zaproponował zoptymalizowany schemat projektowy poprzez dogłębną analizę pola przepływu w procesie projektowania i produkcji zaworów motylkowych w celu osiągnięcia wysokiej jakości rozwoju produktu i produkcji.

Analiza pola przepływu jest ważnym środkiem do ujawnienia wewnętrznego zachowania płynu w zaworach motylkowych. Dzięki technologii dynamiki płynów obliczeniowych (CFD) przepływ płynu wewnątrz zaworu może być dokładnie zasymulowany, a dystrybucja parametrów takich jak prędkość przepływu, ciśnienie i turbulencja może być analizowana, aby znaleźć kluczowe problemy wpływające na wydajność zaworu.

W tej pracy wykorzystano zaawansowane oprogramowanie do symulacji CFD do przeprowadzenia modelowania trójwymiarowego i symulacji pola przepływu zaworów motylkowych. Konkretny proces przebiegał następująco:

Poprzez analizę CFD stwierdziliśmy, że charakterystyka pola przepływu zaworu motylkowego jest znacznie różna w różnych warunkach pracy. Konkretne wyniki są następujące:

Gdy zawór jest w pełni otwarty, prędkość i rozkład ciśnienia płynu w pobliżu płyty zaworu są stosunkowo jednorodne, ale w lokalnych obszarach nadal występują małoskalowe wirowania.

Gdy zawór jest częściowo otwarty, ścieżka przepływu płynu omijającego płytę zaworu jest bardziej skomplikowana, a lokalna intensywność turbulencji wzrasta znacząco, co prowadzi do dużych strat ciśnienia.

Kiedy zawór jest zamknięty, płyn tworzy obszar o ujemnym ciśnieniu na tylnej stronie płytki zaworu, co może mieć niekorzystny wpływ na uszczelnienie.

Na podstawie tych wyników analizy optymalizacja pola przepływu staje się kluczowym krokiem w celu poprawy wydajności zaworów motylkowych.

Analiza pola przepływu wskazuje, że optymalizacja struktury motylkowej zaworu zwrotnego powinna być skierowana na następujące aspekty:

W połączeniu z wynikami analizy pola przepływu, niniejsza praca proponuje następujące schematy optymalizacji dla zaworów motylkowych:

Po eksperymentalnej weryfikacji i praktycznym zastosowaniu wydajność zoptymalizowanego zaworu motylkowego została znacząco poprawiona pod względem następujących aspektów:

Strata ciśnienia jest znacznie zmniejszona: Przy tych samych warunkach przepływu, strata ciśnienia zoptymalizowanego zaworu jest zmniejszona o około 20%, co znacznie poprawia efektywność energetyczną systemu.

Znacznie poprawiona wydajność uszczelniania: Udoskonalona struktura uszczelnienia wykazuje lepszą wydajność uszczelniania w środowisku o wysokim ciśnieniu, a wycieki są zmniejszone o niemal 30%.

Zwiększona trwałość produktu: Zoptymalizowany projekt znacząco zwiększa odporność na uderzenia i korozję zaworu oraz wydłuża jego żywotność.

CHNLGVF丨中國大乾洋貿 przyjął strategię integracji projektowania i produkcji w procesie B+R zaworów motylkowych. Dzięki połączeniu technologii symulacji cyfrowej i precyzyjnego procesu produkcyjnego zapewniono, że projekt produktu spełniał rzeczywiste warunki pracy i mógł stabilnie produkować wysokiej jakości produkty.

W celu zapewnienia dokładnej realizacji optymalizacji konstrukcyjnej zaworu motylkowego, CHNLGVF丨中國大乾洋貿 zastosował precyzyjne odlewanie i technologię obróbki CNC, aby zapewnić, że każdy element produktu ma wysoką precyzję i wysoką spójność. Ponadto, ścisłe procesy kontroli jakości zapewniają, że każde ogniwo w procesie produkcji produktu spełnia oczekiwane normy projektowe.

Ten dokument systematycznie bada strategię poprawy wydajności zaworów motylkowych poprzez analizę pola przepływu i optymalizację konstrukcji zaworów motylkowych, a także skutecznie rozwiązuje wyzwania tradycyjnych zaworów motylkowych związane z utratą ciśnienia, wydajnością uszczelnienia i wytrzymałością konstrukcji poprzez wysokiej jakości procesy badawczo-rozwojowe i produkcję. Wyniki badań pokazują, że analiza pola przepływu i optymalizacja konstrukcji mogą znacząco poprawić efektywność pracy i żywotność zaworów motylkowych, zapewniając ważne wsparcie teoretyczne i praktyczne dla przyszłej promocji produktu.