Nyomáshatároló szelep zárótestére ható erő kísérleti vizsgálata
Kádár Fanni
e-mail: kadarfannigml@gmail.com
Konzulens: Erdődi István, BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék
e-mail: ierdodi@hds.bme.hu
Nyomáshatároló szelep zárótestére ható erő kísérleti vizsgálata
A Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék több hallgatója és kutatója is foglalkozott már a nyomáshatároló szelepek stabilitásának vizsgálatával. Ezek a szelepek biztonsági funkciójuk miatt a nyomás alatt lévő rendszerek fontos, biztonságkritikus elemei. Megbízható, stabil működésük elengedhetetlen a rendszer megfelelő nyomásának fenntartása, elemeinek védelme érdekében. Korábbi mérési [1] és szimulációs [2] tapasztalatok alapján azonban a működésük során instabilitások léphetnek fel, melyek nagy mértékben csökkentik az általuk átereszthető tömegáramot, ezzel lassítva a leeresztési folyamatot és veszélyeztetve a védett rendszert. Mindezek miatt fontos a stabil viselkedés határainak, feltételeinek ismerete, amihez azonban szükséges a szelep zárótestére ható erő ismerete. A tanszéken rendelkezésre állnak CFD szimulációs eredmények többféle zárótest geometriához is, levegő munkaközegű rendszerek esetén azonban mérési eredmények még nincsenek.
A munkám célja egy olyan mérőberendezés megtervezése és összeállítása volt, mellyel ezek a validációs mérések elvégezhetők. Ehhez jó alapot szolgáltatott egy, a Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék laboratóriumában már rendelkezésre álló pneumatikus berendezés, melyen szeleprezgések témakörben történtek már vizsgálatok – a munkámhoz ezt a berendezést kellett átalakítanom úgy, hogy erőmérésre is alkalmas legyen.Korábbi, ipari körülmények között végzett mérési tapasztalatok alapján [3] a zárótestre ható erő a nyitás mértékétől és a szelep előtt és mögött mért nyomás különbségétől függ, így a berendezésben ez a két paraméter állítható. A teljes rendszer egy kompresszorból, egy tartályból, egy egyenes csőszakaszból és a nyomáshatároló szelepből áll. A zárótest menetes kapcsolat segítségével rögzíthető a kívánt pozícióban, a tartálynyomás pedig kompresszor segítségével állítható. Az erőmérést nyúlásmérő bélyegek segítségével végeztem.
A kiértékelés során a hivatkozott folyóiratcikkekben effektív felület néven említett mennyiséget határoztam meg egy zárótest geometria mellett. Ez tulajdonképen egy, csak a nyitástól függő felületfüggvény, melyet az aktuális nyomáskülönbséggel megszorozva megkaphatjuk a zárótestre ható erőt. Előnye, hogy nemcsak a szelep működését leíró differenciálegyenletekbe illeszthető bele kényelmesen, hanem – a fent leírt módszertan szerint – könnyen mérhető mennyiség is.
A mérési folyamat demonstrálására egy zárótest geometria mellett próbaméréseket végeztem, amelyekből kapott eredmények nagyságrendileg jó egyezést mutatnak a hasonló szeleptányérra vonatkozó szimulált értékekkel. Ez alapján elmondható, hogy a későbbiekben a berendezés felhasználható tetszőleges geometriák vizsgálatára, lévén a zárótest a szerkezetben könnyedén cserélhető.
Irodalom:
1. Aldeeb, A.A., Darby, R., Arndt, S.: The dynamic response of pressure relief valves in vapor or gas service. Part II: Experimental investigation. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, vol 31, 127-132 (2014)
2. Erdődi, I., Hős, C.: Effect of Disc Geometry on the Dynamic Stability of Direct Spring Operated Pressure Relief Valves, ECCOMAS 2016, Herszonisszos, 2016.
3. Hős, C.J., Champneys, A.R., Paul, K., McNeely, M.: Dynamic behavior of direct spring loaded pressure relief valves in gas service: Model development, measurements and instability mechanisms. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, vol 31, 70-81 (2014)
