1.خطة التحسين
وفقًا لفشل صمام فحص الفراشة ، يمكن تحسين هيكل قرص الصمام والاتصال بين قرص الصمام وقضيب تحديد الموضع للتخلص من تركيز الضغط في جزء التوصيل ، وتقليل احتمالية فشل صمام فحص الفراشة عند استخدامه ، وإطالة عمر خدمة صمام الفحص. تم تحسين قرص صمام فحص الفراشة والاتصال بين القرص وقضيب تحديد المواقع ، ويستخدم برنامج العناصر المحدودة للمحاكاة والتحليل ؛ تم اقتراح مخطط محسن لحل تركيز الإجهاد. يظهر نموذج الهيكل للمخطط المحسن في الشكل 1.
(1) تحسين شكل القرص. أخاديد التصميم على القرص منفحص الصماملتقليل وزن القرص ، وبالتالي تغيير توزيع القوة على القرص ، ومراقبة قوة القرص والاتصال بين القرص وقضيب تحديد الموقع. يمكن أن يجعل هذا الحل قوة قرص الصمام أكثر اتساقًا ، ويحسن بشكل فعال تركيز الضغط لصمام فحص الفراشة.
(2) قم بتحسين شكل القرص ، وتنفيذ تصميم سماكة على شكل قوس على الجزء الخلفي من قرص صمام الفحص لتحسين قوة القرص ، وبالتالي تغيير توزيع قوة القرص ، مما يجعل قوة القرص أكثر اتساقًا ، وتحسين تركيز الإجهاد لفحص الفراشة.
(3) تحسين شكل جزء التوصيل بين قرص الصمام وقضيب تحديد المواقع ؛ إطالة وتثخين جزء التوصيل ، وزيادة منطقة التلامس بين جزء التوصيل والجزء الخلفي من قرص الصمام ، وبالتالي تحسين تركيز الضغط لصمام فحص الفراشة.
(أ) أخدود التصميم على قرص الصمام (ب) سماكة القوس على الجزء الخلفي من الصمام (ج) يتم إطالة الجزء المتصل وتثخينه
الشكل 2 خطة التحسين
2.تحليل العناصر المحدودة
2.1قبل التحسين الهيكلي
في عملية الفتح والإغلاق لصمام فحص الفراشة ، يتأثر بالوسيط المتدفق في نظام خطوط الأنابيب ، ويتم إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد ويتم إجراء المحاكاة العددية والتحليل. يوضح الشكل 2 توزيع الضغط على قرص صمام فحص الفراشة تحت تأثير وسط السائل. ويمكن ملاحظة أن المكان الذي يكون فيه القرص أكثر ضغطًا هو الجزء الأحمر ، وكلها تقريبًا يقع في الجزء المتصل بين القرص وقضيب تحديد المواقع ؛ تتجاوز قيمة الإجهاد 39 ميجا باسكال ، ويمكن أن يصل الحد الأقصى إلى 217 ميجا باسكال. وفقًا للمعلومات ذات الصلة ، فإن صمام فحص الفراشة مصنوع من سبائك الصلب ، ويكون إجهاد الخضوع أكبر من ويساوي 216MPa. يمكن ملاحظة أن أقصى ضغط لجزء التوصيل يصل إلى قوة الخضوع للمادة ، لذلك يكون قرص الصمام عرضة للتلف في عملية الفتح والإغلاق.
يظهر الرسم التخطيطي للسحابة لتشوه قرص صمام فحص الفراشة تحت تأثير وسيط السائل في الشكل 3. ويمكن ملاحظة من الشكل أن الجزء الأكثر تشوهًا من القرص يقع في مركز قرص نصف دائري ، والذي يظهر في مخطط السحابة. يبلغ الحد الأقصى للتشوه حوالي 0.18 إلى 0.20 ملم. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن القرصين نصف الدائريين يشكلان قرصًا دائريًا متكاملًا ، فإن تشوه القرص يكون متماثلًا تقريبًا مع قضيب تحديد الموضع في المنتصف.
الشكل 3 الرسم التخطيطي السحابي لضغط قرص صمام فحص الفراشة
الشكل 4 مخطط السحب لتشوه قرص صمام فحص الفراشة
2.2عمل أخاديد على سطح القرص
يتم إجراء تحليل العناصر المحدودة لقرص صمام الفحص المحسّن مع وجود أخاديد على السطح ، وتظهر نتائج تحليل الضغط في الشكل 4. ويمكن ملاحظة من الشكل 4 أن تركيز الضغط لا يزال يحدث عند الاتصال بين قرص الصمام وقضيب تحديد المواقع. بمقارنة توزيع الضغط على القرص قبل التحسين ، يتم تقليل المنطقة الحمراء التي تمثل الحد الأقصى لقيمة الإجهاد بشكل كبير ، لكن قيمة الضغط القصوى تزيد من 39 ميجا باسكال قبل التحسين إلى 161 ميجا باسكال ؛ لا ينخفض تركيز الإجهاد بل يرتفع ، مما يشير إلى أن تصميم الأخاديد على سطح القرص لا يمكن أن يحل مشكلة الإجهاد المفرط.
يوضح الشكل 5 توزيع التشوه لقرص فحص الصمام مع وجود أخاديد على السطح. يوضح الشكل 5 أن المنطقة الأكثر تشوهًا لقرص الصمام المحسن لا تزال في منتصف قرص الصمام ، واللون برتقالي . صورة السحابة المشوهة هي أيضًا متناظرة على كلا الجانبين. يبلغ الحد الأقصى لتشوه قرص الصمام حوالي 0.50 إلى 0.54 مم ، وهو ما يقرب من الضعف مقارنة بما كان عليه قبل التحسين. والسبب هو أن أخاديد التصميم الموجودة على سطح قرص الصمام تتسبب في أن تصبح السماكة أرق ، وبالتالي يمكن تشوهها بسهولة أكبر بعد أن تتعرض للاصطدام.
الشكل 5 الرسم التخطيطي السحابي لضغط قرص أقراص صمام فحص الفراشة مع الأخاديد
الشكل 6 مخطط السحابة لتشوه قرص أقراص صمام فحص الفراشة مع الأخاديد
2.3سماكة القوس على ظهر القرص
يظهر توزيع الضغط بعد سماكة القوس على الجزء الخلفي من القرص في الشكل 6. المنطقة ذات قيمة الضغط الكبيرة لا تزال عند الاتصال بين القرص وقضيب تحديد المواقع. الحد الأقصى لقيمة الإجهاد حوالي 79 ميجا باسكال. بالمقارنة مع الأخدود الموجود على سطح القرص ، يتم تقليل تركيز الإجهاد. ومع ذلك ، بالمقارنة مع الحد الأقصى لقيمة الإجهاد البالغة 39 ميجا باسكال في بنية القرص قبل التحسين ، لا يزال من غير الممكن استخدام الهيكل. يظهر توزيع التشوه بعد سماكة القوس على الجزء الخلفي من قرص الصمام في الشكل 6. أقصى تشوه لقرص الصمام هو 0.075 إلى 0.082 مم ، ويظهر الموضع الأكثر تشوهًا عند الحافة. يحدث هذا بسبب سماكة القوس على الجزء الخلفي من قرص الصمام. تحت نفس الضغط ، سيتشوه الجزء الأرق من حافة قرص الصمام أولاً ، مما يقلل من أداء إغلاق قرص الصمام.
2.4تحسين الاتصال بين قرص الصمام وقضيب تحديد المواقع
يتم إجراء تحليل العناصر المحدودة لقرص صمام الفحص المحسن ، ويظهر توزيع الضغط لجزء التوصيل بين القرص وقضيب تحديد الموقع في الشكل 7. قيمة الإجهاد القصوى هي 22 إلى 30 ميجا باسكال ، مما يقلل بشكل فعال من تركيز الضغط . من خلال تقليل الضغط الأقصى في منطقة تركيز الضغط ، يمكن تقليل تآكل قرص الصمام وعمود تحديد الموقع ، وبالتالي إطالة عمر خدمة صمام فحص الفراشة. يظهر توزيع التشوه للوصلة بين قرص الصمام وقضيب تحديد الموضع في الشكل 8. بعد تحسين الاتصال بين قرص الصمام وقضيب تحديد الموضع ، يكون التشوه متماثلًا. تقع منطقة التشوه القصوى في منتصف قرص الصمام ، والحد الأقصى للتشوه هو 0.13 إلى 0.15 مم ، أي أقل بنحو 27.8٪ من ذلك قبل التحسين.
الشكل 7 توزيع التشوه لجزء الاتصال
الشكل 8 تحسين في الجزء المتصل
3.مقارنة النتائج
تتم مقارنة خطط التحسين ، وتظهر بيانات التحليل في الجدول 1. وفقًا للتحليل الشامل للبيانات الواردة في الجدول 1 ، فمن المعقول إطالة وتثخين جزء التوصيل بين قرص الصمام وقضيب تحديد المواقع ، والذي يمكن لا يقلل ضغط قرص الصمام فحسب ، بل يحل أيضًا التشوه الخطير بشكل فعال لتحقيق الغرض من تقليل احتمالية فشل صمام الفحص. تم حل أهم فشل في الإنتاج الحالي.
من أجل التحقق من صحة الهيكل المحسن ونتائج تحليل المحاكاة ، تم بالفعل إنتاج صمام فحص الفراشة بوصلة أطول وأكثر سمكًا بين قرص الصمام وقضيب تحديد المواقع ، وتم تطبيقه على نظام خطوط الأنابيب لمحطة ضخ المياه المتداولة لمصنع تلبيس الخام. يعتمد نظام الاختبار مضخة مياه من النوع KQSN 600-M13 / 631. يتم تشغيل محطة الضخ بواسطة 7 مضخات. يتم استخدام 4 مجموعات و 3 في وضع الاستعداد. ضغط المخرج الفعلي لمحطة الضخ هو 0.36MPa ، وتدفق المخرج 11000m3 / h. تظهر نتائج الاختبار أنه يمكن استخدام صمام الفحص المحسن لأكثر من 12 شهرًا في نفس البيئة وله أداء أفضل.
الجدول 1 مقارنة بيانات خطة التحسين
وفقًا لفشل صمام فحص الفراشة ، يمكن تحسين هيكل قرص الصمام والاتصال بين قرص الصمام وقضيب تحديد الموضع للتخلص من تركيز الضغط في جزء التوصيل ، وتقليل احتمالية فشل صمام فحص الفراشة عند استخدامه ، وإطالة عمر خدمة صمام الفحص. تم تحسين قرص صمام فحص الفراشة والاتصال بين القرص وقضيب تحديد المواقع ، ويستخدم برنامج العناصر المحدودة للمحاكاة والتحليل ؛ تم اقتراح مخطط محسن لحل تركيز الإجهاد. يظهر نموذج الهيكل للمخطط المحسن في الشكل 1.
(1) تحسين شكل القرص. أخاديد التصميم على القرص منفحص الصماملتقليل وزن القرص ، وبالتالي تغيير توزيع القوة على القرص ، ومراقبة قوة القرص والاتصال بين القرص وقضيب تحديد الموقع. يمكن أن يجعل هذا الحل قوة قرص الصمام أكثر اتساقًا ، ويحسن بشكل فعال تركيز الضغط لصمام فحص الفراشة.
(2) قم بتحسين شكل القرص ، وتنفيذ تصميم سماكة على شكل قوس على الجزء الخلفي من قرص صمام الفحص لتحسين قوة القرص ، وبالتالي تغيير توزيع قوة القرص ، مما يجعل قوة القرص أكثر اتساقًا ، وتحسين تركيز الإجهاد لفحص الفراشة.
(3) تحسين شكل جزء التوصيل بين قرص الصمام وقضيب تحديد المواقع ؛ إطالة وتثخين جزء التوصيل ، وزيادة منطقة التلامس بين جزء التوصيل والجزء الخلفي من قرص الصمام ، وبالتالي تحسين تركيز الضغط لصمام فحص الفراشة.
(أ) أخدود التصميم على قرص الصمام (ب) سماكة القوس على الجزء الخلفي من الصمام (ج) يتم إطالة الجزء المتصل وتثخينه
الشكل 2 خطة التحسين
2.تحليل العناصر المحدودة
2.1قبل التحسين الهيكلي
في عملية الفتح والإغلاق لصمام فحص الفراشة ، يتأثر بالوسيط المتدفق في نظام خطوط الأنابيب ، ويتم إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد ويتم إجراء المحاكاة العددية والتحليل. يوضح الشكل 2 توزيع الضغط على قرص صمام فحص الفراشة تحت تأثير وسط السائل. ويمكن ملاحظة أن المكان الذي يكون فيه القرص أكثر ضغطًا هو الجزء الأحمر ، وكلها تقريبًا يقع في الجزء المتصل بين القرص وقضيب تحديد المواقع ؛ تتجاوز قيمة الإجهاد 39 ميجا باسكال ، ويمكن أن يصل الحد الأقصى إلى 217 ميجا باسكال. وفقًا للمعلومات ذات الصلة ، فإن صمام فحص الفراشة مصنوع من سبائك الصلب ، ويكون إجهاد الخضوع أكبر من ويساوي 216MPa. يمكن ملاحظة أن أقصى ضغط لجزء التوصيل يصل إلى قوة الخضوع للمادة ، لذلك يكون قرص الصمام عرضة للتلف في عملية الفتح والإغلاق.
يظهر الرسم التخطيطي للسحابة لتشوه قرص صمام فحص الفراشة تحت تأثير وسيط السائل في الشكل 3. ويمكن ملاحظة من الشكل أن الجزء الأكثر تشوهًا من القرص يقع في مركز قرص نصف دائري ، والذي يظهر في مخطط السحابة. يبلغ الحد الأقصى للتشوه حوالي 0.18 إلى 0.20 ملم. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن القرصين نصف الدائريين يشكلان قرصًا دائريًا متكاملًا ، فإن تشوه القرص يكون متماثلًا تقريبًا مع قضيب تحديد الموضع في المنتصف.
الشكل 3 الرسم التخطيطي السحابي لضغط قرص صمام فحص الفراشة
الشكل 4 مخطط السحب لتشوه قرص صمام فحص الفراشة
2.2عمل أخاديد على سطح القرص
يتم إجراء تحليل العناصر المحدودة لقرص صمام الفحص المحسّن مع وجود أخاديد على السطح ، وتظهر نتائج تحليل الضغط في الشكل 4. ويمكن ملاحظة من الشكل 4 أن تركيز الضغط لا يزال يحدث عند الاتصال بين قرص الصمام وقضيب تحديد المواقع. بمقارنة توزيع الضغط على القرص قبل التحسين ، يتم تقليل المنطقة الحمراء التي تمثل الحد الأقصى لقيمة الإجهاد بشكل كبير ، لكن قيمة الضغط القصوى تزيد من 39 ميجا باسكال قبل التحسين إلى 161 ميجا باسكال ؛ لا ينخفض تركيز الإجهاد بل يرتفع ، مما يشير إلى أن تصميم الأخاديد على سطح القرص لا يمكن أن يحل مشكلة الإجهاد المفرط.
يوضح الشكل 5 توزيع التشوه لقرص فحص الصمام مع وجود أخاديد على السطح. يوضح الشكل 5 أن المنطقة الأكثر تشوهًا لقرص الصمام المحسن لا تزال في منتصف قرص الصمام ، واللون برتقالي . صورة السحابة المشوهة هي أيضًا متناظرة على كلا الجانبين. يبلغ الحد الأقصى لتشوه قرص الصمام حوالي 0.50 إلى 0.54 مم ، وهو ما يقرب من الضعف مقارنة بما كان عليه قبل التحسين. والسبب هو أن أخاديد التصميم الموجودة على سطح قرص الصمام تتسبب في أن تصبح السماكة أرق ، وبالتالي يمكن تشوهها بسهولة أكبر بعد أن تتعرض للاصطدام.
الشكل 5 الرسم التخطيطي السحابي لضغط قرص أقراص صمام فحص الفراشة مع الأخاديد
الشكل 6 مخطط السحابة لتشوه قرص أقراص صمام فحص الفراشة مع الأخاديد
2.3سماكة القوس على ظهر القرص
يظهر توزيع الضغط بعد سماكة القوس على الجزء الخلفي من القرص في الشكل 6. المنطقة ذات قيمة الضغط الكبيرة لا تزال عند الاتصال بين القرص وقضيب تحديد المواقع. الحد الأقصى لقيمة الإجهاد حوالي 79 ميجا باسكال. بالمقارنة مع الأخدود الموجود على سطح القرص ، يتم تقليل تركيز الإجهاد. ومع ذلك ، بالمقارنة مع الحد الأقصى لقيمة الإجهاد البالغة 39 ميجا باسكال في بنية القرص قبل التحسين ، لا يزال من غير الممكن استخدام الهيكل. يظهر توزيع التشوه بعد سماكة القوس على الجزء الخلفي من قرص الصمام في الشكل 6. أقصى تشوه لقرص الصمام هو 0.075 إلى 0.082 مم ، ويظهر الموضع الأكثر تشوهًا عند الحافة. يحدث هذا بسبب سماكة القوس على الجزء الخلفي من قرص الصمام. تحت نفس الضغط ، سيتشوه الجزء الأرق من حافة قرص الصمام أولاً ، مما يقلل من أداء إغلاق قرص الصمام.
2.4تحسين الاتصال بين قرص الصمام وقضيب تحديد المواقع
يتم إجراء تحليل العناصر المحدودة لقرص صمام الفحص المحسن ، ويظهر توزيع الضغط لجزء التوصيل بين القرص وقضيب تحديد الموقع في الشكل 7. قيمة الإجهاد القصوى هي 22 إلى 30 ميجا باسكال ، مما يقلل بشكل فعال من تركيز الضغط . من خلال تقليل الضغط الأقصى في منطقة تركيز الضغط ، يمكن تقليل تآكل قرص الصمام وعمود تحديد الموقع ، وبالتالي إطالة عمر خدمة صمام فحص الفراشة. يظهر توزيع التشوه للوصلة بين قرص الصمام وقضيب تحديد الموضع في الشكل 8. بعد تحسين الاتصال بين قرص الصمام وقضيب تحديد الموضع ، يكون التشوه متماثلًا. تقع منطقة التشوه القصوى في منتصف قرص الصمام ، والحد الأقصى للتشوه هو 0.13 إلى 0.15 مم ، أي أقل بنحو 27.8٪ من ذلك قبل التحسين.
الشكل 7 توزيع التشوه لجزء الاتصال
الشكل 8 تحسين في الجزء المتصل
3.مقارنة النتائج
تتم مقارنة خطط التحسين ، وتظهر بيانات التحليل في الجدول 1. وفقًا للتحليل الشامل للبيانات الواردة في الجدول 1 ، فمن المعقول إطالة وتثخين جزء التوصيل بين قرص الصمام وقضيب تحديد المواقع ، والذي يمكن لا يقلل ضغط قرص الصمام فحسب ، بل يحل أيضًا التشوه الخطير بشكل فعال لتحقيق الغرض من تقليل احتمالية فشل صمام الفحص. تم حل أهم فشل في الإنتاج الحالي.
من أجل التحقق من صحة الهيكل المحسن ونتائج تحليل المحاكاة ، تم بالفعل إنتاج صمام فحص الفراشة بوصلة أطول وأكثر سمكًا بين قرص الصمام وقضيب تحديد المواقع ، وتم تطبيقه على نظام خطوط الأنابيب لمحطة ضخ المياه المتداولة لمصنع تلبيس الخام. يعتمد نظام الاختبار مضخة مياه من النوع KQSN 600-M13 / 631. يتم تشغيل محطة الضخ بواسطة 7 مضخات. يتم استخدام 4 مجموعات و 3 في وضع الاستعداد. ضغط المخرج الفعلي لمحطة الضخ هو 0.36MPa ، وتدفق المخرج 11000m3 / h. تظهر نتائج الاختبار أنه يمكن استخدام صمام الفحص المحسن لأكثر من 12 شهرًا في نفس البيئة وله أداء أفضل.
الجدول 1 مقارنة بيانات خطة التحسين
| Structural schemes | Stress/MPa | Deformation/mm | Descriptions |
| Original structure | 39 to 217 | 0.18 to 0.20 | The maximum stress is 217MPa. The disc is made of alloy steel. Yield stress is 2216MPa and the simulation result is greater than the minimum value of the material yield limit. |
| Designing grooves on the surface of the disc | 161 to 477 | 0.50 to 0.54 | The maximum stress increases by 2 to 4 times, and the deformation increases by 3 times. |
| arc-shaped thickening of the back of the disc | 79 to 132 | 0.075 to 0.082 | The maximum stress is reduced by 40%, and the deformation is reduced by 58%, but the deformation is concentrated on the edge of the valve disc, which affects the sealing effect. |
| Lengthening and thickening the connection part between the valve disc and the positioning rod | 22 to 30 | 0.13 to 0.15 | The maximum stress is reduced by about 87%, and the deformation is reduced by 25%. |
4. Conclusion
The transient impact of the flowing medium in the pipeline system on the disc of the butterfly check valve will directly affect the normal operation and service life of the valve. In view of the common faults of the butterfly check valve in actual production, SolidWorks and ANSYS are used to carry out 3D modeling and finite element modeling to improve the working stability of the butterfly check valve and prolong the service life of the butterfly check valve. Comparing the stress and deformation of different improvement schemes, it is determined that the lengthening and thickening of the connection between the valve disc and the positioning rod is the optimal improvement scheme.
التالي: مراقبة الجودة في عملية تصنيع الصمامات البحرية
سابق: مشاكل تصنيع الصمامات البحرية
English
Español (España)
العربية