Periodikus pályák a nyomáshatároló szelep dinamikájában
A nyomáshatároló szelep jellemzően olyan rendszerekbe kerül beépítésre, ahol a túlnyomás kritikus károkat tudna okozni. Alkalmazzák többek között kazánok, csővezetékek, tartályok esetében. Biztonsági funkciójuk a nyomás egy adott szint alatti értékének biztosítása, ezért egy szelep megbízható működésével és élettartamával szemben komolyak az elvárások.
A dolgozatban tárgyalt modell egy tartályból és egy rugóterhelésű, kis mértékben csillapított szelepből áll. A csekély csillapítás jelenlétét indokolják az elkerülhetetlen csillapító tényezők, például a rugó belső súrlódása és a külső közeg csillapítása. Ezen felül fizikailag megoldható külső viszkózus csillapítás hozzáadása, bár a nemzetközi szabványoknak megfelelően ez nem javasolt a nyomáshatároló szelepek a gyors nyitása érdekében.
A modellben a tartályt egy konstans beáramló térfogatáram tölti, melynek hatására a belső nyomás elkezd nőni. Amikor eléri a rugó előfeszítéssel szabályozott szelep nyitónyomását, a szelep kinyit, és kiengedi a szabadba a túlnyomást okozó közeget. A szelep nyitása adott paramétertartományok mellett a kezdeti tranziens viselkedést követően beállhat egyensúlyi értékre, vagy kialakulhatnak több amplitúdóval rendelkező periodikus vagy kaotikus rezgések. Mindeközben bekövetkezhet, hogy a szeleptányér nekiütközik a szelepüléknek, amit a szakirodalom „chatter”-ként említ. Komoly problémaforrás, hogy az ütközések csökkentik a szelep élettartamát, valamint a periodikus vagy kaotikus rezgés gátolja a közeg egyenletes és gyors kiengedését.
A dolgozatban a térfogatáram függvényében kerül feltérképezésre a rendszer viselkedése, a csillapítási tényező és a tartály térfogat változtatása mellett. A rendszer lineáris stabilitásvizsgálatának eredményeként kapott stabilitási térképek megmutatják, mely paraméterkombinációk esetén lehetséges az egyensúlyi helyzet stabilitása.
Az áramló közeg, valamint a különböző szelepgeometriák a rendszer nemlinearitását okozzák. A nemlineáris viselkedés miatt a stabilitási határok mentén Hopf-bifurkációk alakulnak ki. A bifurkációk jellege, valamint a periodikus pályák a numerikus vizsgálat során bifurkációs diagramokon és fázisportrékon kerülnek bemutatásra.
Mindezen vizsgálatok alapján a szelepműködés biztonságos paraméter tartományai kijelölhetőek, és a keletkező rezgések frekvenciái megjósolhatóak. Vizsgálható továbbá a különböző szelepgeometriák hatása, amelyek strukturális változást idézhetnek elő a stabilitási térképen. Emellett ki lesznek jelölve azok a veszélyes paraméterkombinációk, amelyeknél ütközés lép fel.
