Крупнодиаметральные трехэксцентричные металлические бабочковые клапаны с жестким герметичным уплотнением широко используются в нефтяной, химической, металлургической, энергетической и других промышленных областях. Они имеют компактную структуру, отличные герметичные характеристики, высокую температурную и давлению устойчивость, а также сильную коррозионную стойкость. Они проявляют уникальные преимущества, особенно в применении крупных диаметров. Однако с увеличением диаметра клапана сила, оказываемая жидкостью на клапан, резко увеличивается, и проблема вибрации, вызванная взаимодействием жидкости и структуры, становится более очевидной. Эта вибрация не только влияет на стабильность работы клапана, но также может вызвать повреждение от усталости материала и сократить срок службы. CHNLGVF | Китайская крупногабаритная арматура изучила характеристики вибрации жидкости-твердого тела крупнодиаметральных трехэксцентричных металлических бабочковых клапанов с жестким герметичным уплотнением в ответ на эти проблемы и предложила стратегию структурной оптимизации для обеспечения теоретической базы и практического руководства для разработки и производства высококачественных бабочковых клапанов.

По сравнению с традиционными дроссельными заслонками, трехэксцентриковые дроссельные заслонки имеют трехмерный эксцентричный дизайн, включая осевую эксцентричность и радиальную эксцентричность вала заслонки относительно центра клапанного седла, а также геометрическую эксцентричность конической поверхности клапанного седла и диска заслонки. Этот дизайн позволяет контакту между диском заслонки и клапанным седлом завершаться только в очень малой области во время процесса открытия и закрытия клапана, тем самым уменьшая трение и износ и продлевая срок службы клапана.

Принцип работы трехэксцентрикового дискового затвора в основном зависит от эффекта трехмерной геометрической эксцентриситета. Когда клапан открывается, дисковый диск быстро отделяется от седла клапана, уменьшая трение; в процессе закрытия дисковый диск постепенно контактирует с коническим седлом клапана, создавая равномерную силу уплотнения. Трехэксцентрическое конструктивное исполнение эффективно повышает уплотнительные характеристики и рабочую эффективность дискового затвора, особенно обеспечивая стабильный уплотнительный эффект при высокой температуре и давлении.

Большедиаметральные дисковые затворы имеют большие преимущества в процессе транспортировки и контроля жидкости, но по мере увеличения диаметра сила, оказываемая жидкостью на затвор, значительно увеличивается. Эти силы включают ударную силу, вращающий момент и вибрацию, которые представляют собой серьезные вызовы для структурной устойчивости, герметичности и срока службы дискового затвора. Поэтому вопрос оптимизации конструкции дисковых затворов в условиях большого диаметра и снижения вибрации, вызванной взаимодействием жидкости и твердого тела, является насущной проблемой, которую необходимо решить.

Характеристики потока большого трехэксцентрического бабочкового клапана являются важной основой для изучения его вибрации связи жидкость-конструкция. При высоких расходах вихри, турбулентность и локальные изменения давления, возникающие при прохождении жидкости через клапан, будут создавать ударные силы и индуцированные вибрации на корпусе клапана и клапанной пластине. Характеристики потока включают в себя:

Распределение скорости жидкости: Поле скорости жидкости, проходящей через клапан, неравномерно, особенно у бабочки, что создает сильные вихри и градиенты давления, что приводит к нестабильным силам на клапане.

Распределение давления и разница давлений: Существует большая разница давлений между входом и выходом крупногабаритных клапанов. Особенно во время местного процесса открытия и закрытия местное давление в поле потока изменяется резко, что приводит к большим колебаниям давления на клапанной пластине, вызывая вибрацию.

Технология CFD (вычислительной гидродинамики) может точно симулировать характеристики потока воздуха крупногабаритных трехэксцентриковых бабочковых клапанов в различных рабочих условиях и анализировать изменения потока воздуха клапана в открытом, закрытом и различных открытых состояниях. Эти данные предоставляют важные сведения для последующего анализа вибрации.

Взаимодействие жидкости и структуры (FSI) относится к динамическому процессу взаимодействия между жидкостью и структурой. В больших диаметрах бабочковых клапанов воздействие жидкости на клапанную пластину и корпус клапана вызовет упругую деформацию структуры. Деформация структуры, в свою очередь, влияет на состояние потока жидкости. Обе взаимодействуют, образуя явление вибрации. Основные проявления жидкостно-структурного взаимодействия включают следующие аспекты:

Турбулентность, вызванная вибрацией: Турбулентность, образованная при прохождении жидкости через дроссельную заслонку, оказывает нестабильное пульсирующее воздействие на пластину заслонки, вызывая периодические колебания пластины заслонки. Эти колебания могут вызвать концентрацию напряжений в конструкции и привести к повреждению конструкции от усталости.

Давление и резонанс: Когда частота потока жидкости близка к собственной частоте корпуса клапана или заслонки, возникает структурный резонанс. Резонанс усилит амплитуду вибрации и в экстремальных случаях может привести к повреждению конструкции клапана.

При высоких расходах жидкости могут возникать явления возбуждения жидкости в местных областях клапана, особенно самовозбуждающие колебания, вызванные образованием вихрей, что представляет собой вызов для структурной устойчивости диска бабочки и корпуса клапана.

Под действием высокого давления жидкости ключевые части бабочковых клапанов с тройным эксцентриситетом большого диаметра, такие как бабочка, седло клапана и корпус клапана, будут подвергаться сложным механическим напряжениям. Эти напряжения в основном включают в себя сдвиговые напряжения, сжимающие напряжения, вызванные гидродинамическим давлением, и концентрацию напряжений, вызванную собственным весом конструкции. Концентрация напряжений может вызвать локальное пластическое деформирование, особенно во время длительного использования, усталостные повреждения будут более очевидными.

Метод конечных элементов (МКЭ) может точно моделировать распределение напряжений и деформаций структуры клапана. Анализируя распределение напряжений при различных рабочих условиях, мы можем найти область концентрации напряжений и снизить влияние концентрации напряжений на срок службы клапана путем оптимизации конструкции и выбора материалов.

Резонанс является одной из ключевых проблем вибрации дроссельного клапана. Когда собственная частота клапана близка к частоте возбуждения жидкости, может произойти резонанс в конструкции. Резонанс может значительно усилить амплитуду вибрации, что приведет к усталостному повреждению деталей клапана или нарушению герметичности. Поэтому при проектировании дроссельного клапана необходимо учитывать способы избежания проблем с резонансом.

Частота собственных колебаний дроссельного клапана может быть получена с помощью модального анализа, а в сочетании с анализом гидродинамики можно рассчитать частоту возбуждения жидкостью. Для предотвращения резонанса параметры конструкции корпуса клапана и клапанной пластины могут быть отрегулированы так, чтобы их собственные частоты были значительно удалены от частоты возбуждения жидкостью, чтобы избежать возникновения резонанса.

Для снижения влияния вибрации связи жидкость-конструкция на производительность дроссельного клапана оптимизация формы клапана является одной из важных стратегий. Стримлайн-дизайн клапанной пластины может эффективно снизить воздействие жидкости на клапанную пластину и уменьшить образование вихрей и турбулентности. Кроме того, увеличение жесткости и разумное распределение массы клапанной пластины может улучшить ее антивибрационные характеристики.

Выбор материалов имеет важное влияние на вибрационные характеристики бабочковых клапанов с тройным эксцентриситетом большого диаметра. CHNLGVF | Китайская компания Dagangyangmao внедряет высокопрочные сплавы для увеличения жесткости корпуса клапана и клапанной пластины, тем самым повышая их сопротивление вибрациям. В то же время использование новых композитных материалов может снизить вес клапана и уменьшить воздействие жидкости на конструкцию, тем самым уменьшая амплитуду вибрации.

Для дальнейшего снижения вибрационных эффектов дроссельных клапанов внутрь корпуса клапана или на поверхность диска дроссельного клапана можно добавить демпфирующие материалы. Эти демпфирующие материалы могут эффективно поглощать энергию вибрации и снижать передачу вибрации. В то же время добавление упругих опор или амортизаторов к ключевым частям также может эффективно смягчить проблемы вибрации, вызванные жидкостно-структурным взаимодействием.

Для улучшения характеристик потока в большом диаметре трехэксцентрикового бабочкового клапана можно снизить давление и образование турбулентности жидкости при прохождении через клапан путем оптимизации конструкции внутреннего потока клапана. Например, правильно спроектированная направляющая пластина или направляющее отверстие могут направлять жидкость через клапан плавно, снижать местные вихри и отделение потока, тем самым уменьшая риск вибрации.

Разработка и производство бабочковых клапанов с тройным эксцентром большого диаметра требуют высокоточных технологий обработки. CHNLGVF | Китайская крупная сухая задвижка ворота внедрила передовые технологии производства, такие как ЧПУ-обработка и 3D-печать, чтобы обеспечить точность обработки ключевых деталей клапана. Особенно во время обработки клапанной пластины и клапанного седла используются высокоточные станки с ЧПУ для обеспечения их шероховатости поверхности и геометрической точности, а также для обеспечения хорошей координации уплотнительных поверхностей.

Для проверки характеристик вибрации и структурной устойчивости дроссельного клапана CHNLGVF丨中國大乾閥門 проводилась строгая проверка и экспериментальная верификация. Это включает в себя испытания поля потока, модальный анализ, испытания напряжения и деформации и т. д. в лаборатории для моделирования рабочего состояния клапана при различных рабочих условиях. Через эти испытания не только можно проверить обоснованность конструкции клапана, но также можно предоставить данные для последующей оптимизации.

В ходе исследований и разработки крупногабаритных трехэксцентриковых металлических жестких запорных бабочковых клапанов компания CHNLGVF丨中國大乾閥門 применила передовой анализ гидродинамики и стратегии структурной оптимизации для решения проблемы вибрации жидкость-твердое тело. Путем оптимизации конструкции клапана, выбора материалов и контроля потока значительно улучшается антивибрационная производительность и срок службы клапана. В будущем, с постоянным развитием интеллектуального производства и науки о материалах производительность и надежность бабочковых клапанов будут дальше улучшаться, способствуя широкому применению технологии бабочковых клапанов в различных крупных промышленных областях.