Contexte du projet:
La vanne à air liquide est l'appareil clé de l'unité de séparation d'air liquide et sa condition de fonctionnement détermine directement la stabilité de l'unité. La vanne adopte l'air liquide comme milieu dans le sens de l'écoulement de l'entrée basse à la haute sortie, et a une pression en amont de 7,1 MPaA, pour une pression en aval de 0,6 MPaA et une température de fonctionnement de -175℃. La pression de vapeur saturée correspondante à la température est de 0,5 MPaA, ce qui signifie qu’à 0,5 MPaA, le milieu passant du liquide pur au flux gazeux à deux phases. La structure de vanne d'origine de Hualu Hengsheng est illustrée en figure 1. En adoptant une structure à réduction de pression en deux étapes du noyau de vanne et du manchon, cela entraîne les problèmes suivants:
1) Grande vibration et bruit pendant le fonctionnement;
2) 2)Défaillance de la commande du positionneur, la vanne ferme brusquement.

Figure 1 Structurale de la vanne d'origine

En raison des problèmes ci-dessus des vannes en fonctionnement et de l'importance de l'emplacement des vannes, Hualu Hengsheng nous a confié la charge de transformer ces dernières.

Analyse et réponse:
La vibration est un problème commun des vannes de régulation, les causes principales sont généralement les suivantes: 1) lorsque le milieu à grande vitesse affecte le noyau de la vanne, ce dernier vibre en raison d'une force déséquilibrée plus grande; 2) lorsque la pression du milieu diminue sous la pression de vapeur saturée de la température en état de fonctionnement, le milieu flashe et forme un flux gazeux à deux phases. La mauvaise stabilité de l'écoulement peut facilement provoquer une vibration à haute fréquence de la vanne. À l'exception des problèmes de matériel et de l'actionneur à faible puissance (par calcul, la force de sortie de l'actionneur de vanne est suffisant pour surmonter la force déséquilibrée du milieu), la défaillance de contrôle du positionneur est généralement associée aux vibrations de la vanne. Comme le positionneur a la plus haute fréquence anti-vibration, si la vibration dépasse la fréquence anti-vibration la plus élevée, la partie de commande du positionneur échoue temporairement, provoquant une action anormale de la vanne.
Selon les causes ci-dessus, une simulation analogique du champ de pression et du champ de vitesse du milieu est réalisée par Ansys Workbench 14.0 dans cet article, afin de découvrir la cause des vibrations et de transformer intentionnellement la vanne.

Transformation et résultat:
Selon le calcul, avec pour principe que la structure globale de la vanne existante est inchangée, le manche d'origine doit être augmenté d'une étape et le nombre d'étapes de réduction de pression doit passer de 2 à 3. La nouvelle structure est illustrée en figure 2.

Figure 2A Structure transversale de la vue de face des trois étapes après la transformation          Figure 2B Structure transversale de la vue de dessus des trois étapes après la transformation

La structure améliorée élimine le flash, réduit la vitesse du milieu et résout les problèmes de grandes vibrations et de bruit, de sorte que la vanne puisse fonctionner de manière stable. Depuis la transformation, la vanne a fonctionné 8 mois. Selon les commentaires de l'utilisateur, l'opération en ligne est stable sans vibrations, le contrôle du positionneur est fiable et le bruit est inférieur à 65dB.

        Structure de manchon d’origine               Structure de manchon améliorée