Этот документ проводит глубокое исследование динамических характеристик открытия и закрытия высокопараметровых паровых пружинных предохранительных клапанов. Через комбинацию экспериментального анализа и численного моделирования обсуждаются характеристики отклика клапана при различных рабочих условиях и жесткости пружины. Результаты исследования показывают, что жесткость пружины является ключевым фактором, влияющим на динамические характеристики предохранительных клапанов, и предлагается стратегия оптимизации для улучшения скорости отклика и стабильности клапана, тем самым повышая общую производительность продукта. Результаты исследования используются в исследованиях, разработке и производстве предохранительных клапанов в CHNLGVF丨中國大乾洋貿, обеспечивая теоретическую базу и техническую поддержку для компании в улучшении ее конкурентоспособности в области высокопараметровых паровых предохранительных клапанов.

Тип клапана безопасности с пружиной; тепловой испытание; динамические характеристики; транзиентное моделирование; жесткость пружины

Высокопараметровые паровые предохранительные клапаны широко используются в промышленных областях, таких как электроэнергетика, химическая промышленность и нефтяная промышленность, играя важную роль в обеспечении безопасной работы трубопроводов и оборудования. При высоких температурах и давлениях характеристики открытия и закрытия предохранительного клапана напрямую связаны со стабильностью и безопасностью системы. Существующие исследования в основном сосредоточены на анализе статических характеристик и оптимизации параметров конструкции, в то время как исследования динамических характеристик его открытия и закрытия недостаточны. На основе реальных потребностей продукта CHNLGVF丨中國大乾洋貿, в данной статье изучается динамическое поведение отклика высокопараметровых паровых пружинных предохранительных клапанов в сложных рабочих условиях с целью выявить основные факторы, влияющие на их динамические характеристики, и предложить эффективные технические улучшения. Стратегия.

Основной принцип работы пружинного предохранительного клапана заключается в балансировке парового давления внутри системы путем регулировки жесткости и предварительной силы пружины. Когда давление в системе превышает установленное значение, дисковый клапан открывается для снижения давления; а когда давление возвращается в безопасный диапазон, сила пружины снова нажимает на дисковый клапан для поддержания герметичности. Характеристики открытия и закрытия в этом процессе зависят не только от жесткости пружины и предварительной силы, но также тесно связаны с температурой и давлением жидкости в системе и состоянием потока среды.

Процесс открытия и закрытия пружинного предохранительного клапана можно разделить на следующие этапы:

Исходное равновесное состояние: дисковый заслонка и седло клапана остаются в тесном контакте, а давление в системе ниже установленного значения.

Стадия сжатия пружины: По мере увеличения давления в системе диск клапана постепенно открывается, и пружина начинает сжиматься.

Полностью открытое состояние: Диск клапана полностью открыт, и пар в системе выпускается, пока давление не снизится до безопасного уровня.

Закрытое состояние: Когда давление в системе ниже установленного значения, сила пружины снова нажимает на дисковый клапан.

Динамические характеристики каждого этапа зависят от нескольких факторов, таких как жесткость пружины, системное затухание и инерция движения диска клапана. Поэтому для проведения глубокого анализа его динамического поведения требуются тепловые испытания и транзиентные симуляции.

Для всестороннего изучения динамических характеристик высокопараметровых паровых пружинных предохранительных клапанов в данной работе была разработана высокотемпературная и высоконапорная термическая испытательная система. Система включает в себя парогенераторы, регулирующие клапаны, пружинные предохранительные клапаны, датчики давления, датчики расхода и другое оборудование, и может моделировать реальные рабочие условия при различных температурах и давлениях. В испытании использовался пружинный материал из стали 50CrVA, и было разработано несколько наборов жесткостей пружин (10 Н/мм, 20 Н/мм, 30 Н/мм) для наблюдения их влияния на характеристики открытия и закрытия.

При различной жесткости пружины открывающиеся и закрывающиеся характеристики предохранительного клапана показывают явные различия.

Когда жёсткость пружины низкая (10 Н/мм): открывание и закрывание клапана происходит медленнее, время открытия и закрытия увеличивается, но имеется лучший буферный эффект на флуктуации давления в системе.

При высокой жесткости пружины (30 Н/мм): открывание и закрывание происходит быстро, но склонны к перерывам и частым вибрациям, что влияет на стабильность системы.

Средняя жесткость (20 Н/мм): Открывание и закрывание клапана относительно сбалансированы, с хорошей динамической стабильностью и скоростью реакции.

Можно видеть, что разумный выбор жесткости пружины является ключом к влиянию на динамические характеристики предохранительного клапана.

Для лучшего выявления динамических правил реакции пружинных предохранительных клапанов в различных рабочих условиях в данной статье была создана модель трансиентного моделирования открытия и закрытия клапана на основе метода CFD (вычислительной гидродинамики). Путем введения уравнения движения диска клапана, модели жидкость-структура (FSI) и нелинейных характеристик паровой среды точно смоделирован процесс открытия и закрытия предохранительного клапана.

Модель принимает двумерную осесимметричную структуру для упрощения объема вычислений. Сила упругости описывается законом Гука, а уравнение жидкости использует уравнение Навье-Стокса для моделирования всего процесса от начального открытия клапана до полного закрытия. Настройки условий работы симуляции соответствуют фактическим испытаниям для обеспечения надежности модели.

Результаты моделирования показывают, что при различной жесткости пружин скорость открытия и закрытия диска клапана значительно нелинейно изменяется со временем. Для пружин с более низкой жесткостью диск клапана движется более мягко, в то время как при более высокой жесткости диск клапана открывается быстро за короткое время, но сопровождается сильными вибрациями. Путем настройки коэффициента демпфирования вибрационное явление может быть подавлено в определенной степени, и динамическая устойчивость системы может быть улучшена.

На основе вышеприведенных тестов и результатов моделирования в данной статье предлагаются следующие технические стратегии для улучшения динамических характеристик безопасных клапанов высокого параметра паровой пружины:

С учетом диапазона давления системы и динамических характеристик открывания и закрывания клапана выбирается соответствующая жесткость пружины, и в конструкции учитываются нелинейные характеристики жесткости пружины для обеспечения скорости и стабильности динамического ответа.

Представление управления демпфированием в процессе открытия и закрытия клапана. Добавление демпфера вокруг диска клапана или применение конструкции с демпфирующей масляной камерой позволяет эффективно подавить вибрацию и перерегулирование диска клапана, тем самым улучшая динамическую стабильность клапана.

Используя износостойкие сплавы и оптимизируя форму диска клапана, улучшаются контактные характеристики между диском клапана и седлом клапана, уменьшается потеря трения в процессе открытия и закрытия, и улучшается скорость реакции на открытие и закрытие.

На основе результатов исследования этой статьи, CHNLGVF丨中國大乾洋貿 внедрила анализ динамических характеристик и стратегии оптимизации в проектирование своих продуктов высокопараметровых паровых безопасных клапанов, что значительно улучшило безопасность и стабильность продукта. Основные улучшения следующие:

Модульный дизайн жёсткости пружины: Используйте пружинные модули с регулируемой жёсткостью для адаптации к различным рабочим условиям.

Интеграция устройств управления демпфированием: Внедрение устройств управления демпфированием в ключевых местах повышает динамическую производительность клапана.

Оптимизация материалов и улучшение процесса производства: Используйте материалы высокой прочности и износостойкости, а также внедрите технологию точной обработки, чтобы обеспечить долгосрочную надежность продукта в условиях высокой температуры и давления.

Эта статья использует комбинацию экспериментов и численных симуляций для проведения глубокого изучения динамических характеристик открывания и закрывания высокопараметровых паровых пружинных предохранительных клапанов и предлагает эффективные стратегии улучшения технологий. Результаты исследования показывают, что жесткость пружины и демпфирование являются ключевыми факторами, влияющими на динамический отклик предохранительного клапана. Исследование этой статьи предоставляет важное руководство для CHNLGVF丨中國大乾洋貿 в исследовании и разработке, а также производстве продуктов высокопараметровых паровых предохранительных клапанов.

Будущие исследования будут дальше сосредотачиваться на динамических характеристиках предохранительных клапанов при различных рабочих условиях и разработке динамических стратегий управления на основе искусственного интеллекта для достижения более точного контроля за открытием и закрытием клапана.