Análisis de Acoplamiento Fluido-Estructura de las Características de Vibración de un Carrete de Alto Parámetro
Autores: Jin, Haozhe; Xu, Haotian; Zhang, Jiongming; Wang, Chao; Liu, Xiaofei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Análisis de Acoplamiento Fluido-Estructura de las Características de Vibración de un Carrete de Alto Parámetro
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Válvulas de control
Alto parámetro
Multi-etapa
Características de vibración
Campo de flujo
Desprendimiento de vórtices
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Las válvulas de control de alto rendimiento son componentes esenciales en las plantas de energía. Las válvulas de control de alto parámetro son válvulas especializadas para controlar medios de alta presión, alto flujo, alta temperatura y altamente corrosivos. El rendimiento de la válvula de control es crítico para el funcionamiento estable de las plantas de energía. El pasaje de contraflujo de múltiples etapas es una estructura común en las válvulas de control de reducción de presión, mitigando efectivamente la cavitación y la erosión en las paredes de la válvula. Sin embargo, en la práctica, los problemas de vibración en las válvulas de pasaje de múltiples etapas son particularmente pronunciados. Este estudio emplea FSI (interacción fluido-estructura) para simular las características de vibración de los pasajes de múltiples etapas. Los datos del campo de flujo para el pasaje de múltiples etapas se obtienen a través del software FLUENT. Se realizó un análisis tiempo-frecuencia del coeficiente de elevación en el campo de flujo del pasaje de múltiples etapas. Se estudiaron las características de vibración de las superficies de entrada y salida del núcleo de la válvula utilizando el software Transient Structural. Los resultados muestran que cuando un fluido de alta presión pasa a través del pasaje del núcleo de la válvula, experimenta movimientos de amortiguamiento, dirección y rotación, lo que lleva a una caída gradual de presión y genera resistencia y elevación. Estos fenómenos son causados principalmente por la separación de vórtices en el campo de flujo, observándose que la frecuencia dominante es de aproximadamente 5400 Hz. Además, a medida que el núcleo de la válvula avanza a través de la fase P1 en la entrada y la fase P2 en la salida, la intensidad de vibración disminuye gradualmente, alcanzando un mínimo en la sexta fase, antes de aumentar y alcanzar un pico en la etapa final. El análisis de las características del campo de flujo dentro del pasaje del núcleo de la válvula revela el impacto significativo de la separación de vórtices en la vibración y elevación del núcleo de la válvula. El análisis de fase de la intensidad de vibración del núcleo de la válvula aclara aún más sus cambios de comportamiento en diferentes etapas operativas. Estos hallazgos ayudan a optimizar el diseño de núcleos de válvulas de amortiguamiento de múltiples etapas, mejorando su rendimiento y estabilidad.
Descripción
Las válvulas de control de alto rendimiento son componentes esenciales en las plantas de energía. Las válvulas de control de alto parámetro son válvulas especializadas para controlar medios de alta presión, alto flujo, alta temperatura y altamente corrosivos. El rendimiento de la válvula de control es crítico para el funcionamiento estable de las plantas de energía. El pasaje de contraflujo de múltiples etapas es una estructura común en las válvulas de control de reducción de presión, mitigando efectivamente la cavitación y la erosión en las paredes de la válvula. Sin embargo, en la práctica, los problemas de vibración en las válvulas de pasaje de múltiples etapas son particularmente pronunciados. Este estudio emplea FSI (interacción fluido-estructura) para simular las características de vibración de los pasajes de múltiples etapas. Los datos del campo de flujo para el pasaje de múltiples etapas se obtienen a través del software FLUENT. Se realizó un análisis tiempo-frecuencia del coeficiente de elevación en el campo de flujo del pasaje de múltiples etapas. Se estudiaron las características de vibración de las superficies de entrada y salida del núcleo de la válvula utilizando el software Transient Structural. Los resultados muestran que cuando un fluido de alta presión pasa a través del pasaje del núcleo de la válvula, experimenta movimientos de amortiguamiento, dirección y rotación, lo que lleva a una caída gradual de presión y genera resistencia y elevación. Estos fenómenos son causados principalmente por la separación de vórtices en el campo de flujo, observándose que la frecuencia dominante es de aproximadamente 5400 Hz. Además, a medida que el núcleo de la válvula avanza a través de la fase P1 en la entrada y la fase P2 en la salida, la intensidad de vibración disminuye gradualmente, alcanzando un mínimo en la sexta fase, antes de aumentar y alcanzar un pico en la etapa final. El análisis de las características del campo de flujo dentro del pasaje del núcleo de la válvula revela el impacto significativo de la separación de vórtices en la vibración y elevación del núcleo de la válvula. El análisis de fase de la intensidad de vibración del núcleo de la válvula aclara aún más sus cambios de comportamiento en diferentes etapas operativas. Estos hallazgos ayudan a optimizar el diseño de núcleos de válvulas de amortiguamiento de múltiples etapas, mejorando su rendimiento y estabilidad.