Válvulas borboleta metal-metal de vedação dura de triplo excêntrico de grande diâmetro são amplamente utilizadas nos campos de petróleo, química, metalurgia, energia elétrica e outros setores industriais. Eles possuem estrutura compacta, excelente desempenho de vedação, resistência a altas temperaturas e altas pressões e forte resistência à corrosão. Eles mostram vantagens únicas especialmente em aplicações de grande diâmetro. No entanto, à medida que o diâmetro da válvula aumenta, a força exercida pelo fluido sobre a válvula aumenta acentuadamente, e o problema de vibração causado pelo acoplamento fluido-estrutura torna-se mais evidente. Essa vibração não apenas afeta a estabilidade de funcionamento da válvula, mas também pode causar danos por fadiga estrutural e encurtar a vida útil. A CHNLGVF丨中國大乾閥門 estudou as características de vibração de acoplamento fluido-sólido de válvulas borboleta metal-metal de vedação dura de triplo excêntrico de grande diâmetro em resposta a esses problemas, e propôs uma estratégia de otimização estrutural para fornecer base teórica e orientação prática para o desenvolvimento e fabricação de válvulas borboleta de alta qualidade.

Comparado com as válvulas borboleta tradicionais, as válvulas borboleta excêntricas triplas têm um design excêntrico tridimensional, incluindo a excentricidade axial e radial do eixo da válvula em relação ao centro do assento da válvula, bem como a excentricidade geométrica da superfície cônica do assento da válvula e da placa da borboleta. Este design permite que o contato entre a placa da borboleta e o assento da válvula seja completado apenas em uma área muito pequena durante o processo de abertura e fechamento da válvula, reduzindo assim o atrito e o desgaste e prolongando a vida útil da válvula.

O princípio de funcionamento da válvula borboleta excêntrica tripla baseia-se principalmente no efeito da excentricidade geométrica tridimensional. Quando a válvula se abre, a placa da borboleta se separa rapidamente do assento da válvula, reduzindo a resistência ao atrito; durante o processo de fechamento, a placa da borboleta entra gradualmente em contato com o assento da válvula cônico, criando uma força de vedação uniforme. O design excêntrico triplo melhora efetivamente o desempenho de vedação e a eficiência de funcionamento da válvula borboleta, especialmente mantendo um efeito de vedação estável sob alta temperatura e alta pressão.

Válvulas borboleta de grande diâmetro têm grandes vantagens no processo de transporte e controle de fluidos, mas à medida que o diâmetro aumenta, a força exercida pelo fluido sobre a válvula aumenta significativamente. Essas forças incluem força de impacto, torque de rotação e vibração, que representam desafios severos para a estabilidade estrutural, vedação e vida útil da válvula borboleta. Portanto, como otimizar o design estrutural das válvulas borboleta em condições de grande diâmetro e reduzir a vibração causada pelo acoplamento fluido-sólido é um problema urgente a ser resolvido.

As características do campo de fluxo da válvula borboleta excêntrica tripla de grande diâmetro são uma base importante para estudar a vibração de acoplamento fluido-estrutura. Em altas taxas de fluxo, os vórtices, turbulência e mudanças locais de pressão geradas quando o fluido passa pela válvula produzirão forças de impacto e vibrações induzidas no corpo da válvula e na placa da válvula. As características do campo de fluxo incluem principalmente:

Distribuição de velocidade do fluido: O campo de velocidade do fluido que passa pela válvula é desigual, especialmente perto da placa de borboleta, o que gera fortes vórtices e gradientes de pressão, que produzirão forças instáveis na válvula.

Distribuição de pressão e diferença de pressão: Existe uma grande diferença de pressão entre a entrada e saída de válvulas de grande diâmetro. Especialmente durante o processo local de abertura e fechamento, o campo de pressão local muda drasticamente, fazendo com que a placa da válvula seja submetida a grandes flutuações de pressão, causando vibração.

A tecnologia de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) pode simular com precisão as características do campo de fluxo de válvulas borboleta triplo excêntricas de grande diâmetro sob diferentes condições de trabalho e analisar as mudanças no campo de fluxo da válvula nos estados aberto, fechado e em diferentes estados de abertura. Esses dados fornecem uma referência importante para a análise subsequente de vibração.

A interação fluido-estrutura (FSI) refere-se ao processo dinâmico de interação entre fluido e estrutura. Em válvulas borboleta de grande diâmetro, o impacto do fluido na placa da válvula e no corpo da válvula causará deformação elástica da estrutura. A deformação da estrutura, por sua vez, afeta o estado do fluxo do fluido. Os dois trabalham juntos para formar um fenômeno de vibração. As principais manifestações do acoplamento fluido-estrutura incluem os seguintes aspectos.

Vibração induzida por turbulência: A turbulência formada quando o fluido passa pela válvula borboleta exerce uma força pulsante instável na placa da válvula, fazendo com que a placa da válvula vibre periodicamente. Essa vibração pode causar concentração de tensão na estrutura e danos por fadiga estrutural.

Flutuação de pressão e ressonância: Quando a frequência do fluxo de fluido está próxima da frequência natural do corpo da válvula ou da placa da válvula, será induzida uma ressonância estrutural. A ressonância amplificará a amplitude da vibração e poderá causar danos à estrutura da válvula em casos graves.

Excitação fluida e vibração autoexcitada: Em altas taxas de fluxo, podem ocorrer fenômenos de excitação fluida em áreas locais da válvula, especialmente vibrações autoexcitadas causadas pela desprendimento de vórtices, o que representa um desafio para a estabilidade estrutural da placa de borboleta e do corpo da válvula.

Sob a ação de fluido de alta pressão, partes-chave de válvulas borboleta de triplo excêntrico de grande diâmetro, como a placa da borboleta, o assento da válvula e o corpo da válvula suportarão estresse mecânico complexo. Esses estresses incluem principalmente estresse de cisalhamento, estresse compressivo causado pela pressão hidrodinâmica e concentração de estresse causada pelo peso próprio da estrutura. A concentração de estresse pode causar deformação plástica local, especialmente durante o uso a longo prazo, o dano por fadiga será mais evidente.

A análise de elementos finitos (FEA) pode simular com precisão a distribuição de tensões e deformações da estrutura da válvula. Ao analisar a distribuição de tensões sob diferentes condições de trabalho, podemos identificar a área de concentração de tensões e reduzir o impacto da concentração de tensões na vida útil da válvula por meio da otimização estrutural e seleção de materiais.

A ressonância é um dos principais problemas na vibração da válvula borboleta. Quando a frequência natural da válvula está próxima da frequência de excitação do fluido, pode ocorrer ressonância na estrutura. A ressonância pode amplificar significativamente a amplitude da vibração, levando a danos por fadiga dos componentes da válvula ou falha de vedação. Portanto, no projeto da válvula borboleta, como evitar problemas de ressonância deve ser considerado.

A frequência natural da válvula borboleta pode ser obtida através da análise modal e, combinada com a análise de dinâmica de fluidos, a frequência de excitação induzida pelo fluido pode ser calculada. Para evitar a ressonância, os parâmetros estruturais do corpo da válvula e da placa da válvula podem ser ajustados para que suas frequências naturais estejam longe da frequência de excitação do fluido para evitar a ocorrência de ressonância.

Para reduzir o impacto da vibração do acoplamento fluido-estrutura no desempenho da válvula borboleta, otimizar a forma da placa da válvula é uma das estratégias importantes. O design aerodinâmico da placa da válvula pode reduzir efetivamente o impacto do fluido na placa da válvula e diminuir a geração de vórtices e turbulências. Além disso, aumentar a rigidez e a distribuição de massa razoável da placa da válvula pode melhorar seu desempenho antivibração.

A seleção de materiais tem um impacto importante nas características de vibração das válvulas borboleta excêntricas triplo de grande diâmetro. A CHNLGVF丨中國大乾閥門丨China Dagangyangmao introduz materiais de liga de alta resistência para aumentar a rigidez do corpo da válvula e da placa da válvula, melhorando assim a resistência à vibração. Ao mesmo tempo, o uso de novos materiais compostos pode reduzir o peso da válvula e diminuir o impacto do fluido na estrutura, reduzindo assim a amplitude de vibração.

Para reduzir ainda mais os efeitos de vibração das válvulas borboleta, materiais de amortecimento podem ser adicionados dentro do corpo da válvula ou na superfície da placa da borboleta. Esses materiais de amortecimento podem absorver efetivamente a energia de vibração e reduzir a transmissão de vibração. Ao mesmo tempo, adicionar suportes elásticos ou amortecedores às partes-chave também pode aliviar efetivamente os problemas de vibração causados pelo acoplamento fluido-estrutura.

Para melhorar as características do campo de fluxo da válvula borboleta excêntrica triplo de grande diâmetro, a flutuação de pressão e a formação de turbulência do fluido ao passar pela válvula podem ser reduzidas otimizando o design do canal de fluxo interno da válvula. Por exemplo, uma placa de guia ou furo de guia adequadamente projetado pode guiar o fluido através da válvula suavemente, reduzir correntes de vórtice locais e separação do fluxo, reduzindo assim o risco de vibração.

O P&D e a fabricação de válvulas borboleta de triplo excêntrico de grande diâmetro requerem tecnologia de processamento de alta precisão. A CHNLGVF introduziu tecnologias avançadas de fabricação, como usinagem CNC e impressão 3D, para garantir a precisão de processamento das peças-chave da válvula. Especialmente durante o processamento da placa da válvula e do assento da válvula, são utilizadas máquinas-ferramenta CNC de alta precisão para garantir a rugosidade da superfície e a precisão geométrica, e para garantir uma boa coordenação das superfícies de vedação.

Para verificar as características de vibração e estabilidade estrutural da válvula borboleta, a CHNLGVF realizou testes rigorosos e verificações experimentais. Isso inclui testes de campo de fluxo, análise modal, testes de estresse e deformação, etc., no laboratório para simular o status de trabalho da válvula sob diferentes condições de trabalho. Através desses testes, não só a racionalidade do projeto da válvula pode ser verificada, mas também pode ser fornecido suporte de dados para otimização subsequente.

Na pesquisa e desenvolvimento de válvulas borboleta de vedação metálica de alta resistência de grande diâmetro de triplo excêntrico, a CHNLGVF丨中國大乾閥門 adotou análise avançada de dinâmica de fluidos e estratégias de otimização estrutural para abordar o problema de vibração de acoplamento fluido-sólido. Ao otimizar o design da placa da válvula, seleção de material e controle do campo de fluxo, melhora significativamente o desempenho anti-vibração e a vida útil da válvula. No futuro, com o contínuo avanço da fabricação inteligente e da ciência dos materiais, o desempenho e a confiabilidade das válvulas borboleta serão ainda mais aprimorados, promovendo a ampla aplicação da tecnologia de válvulas borboleta em diversos campos industriais importantes.