Nyomáshatároló szelep fázistér vizsgálata
A Hidrodinamikai Rendszerek Tanszéken évek óta folyó kutatás a nyomáshatároló szelepek vizsgálata. A nyomáshatároló szelepek nagy nyomás alatt álló rendszerek védelmére szolgálnak. Amennyiben a védett rendszer nyomása egy biztonságos érték fölé növekszik, a szelep nyit, és leereszt egy bizonyos térfogatáramot. Eközben a rendszer nyomása visszacsökken. Az ilyen típusú szelepek széles körben kerülnek alkalmazásra, rendellenes működésük mechanikai károsodáshoz, tönkremenetelhez, vagy emberi életre veszélyt jelentő balesethez vezethet. A nagy nyomás alatt álló rendszerek biztonságkritikus elemeiként különös figyelmet kell fordítani megfelelő működésükre. A tapasztalat szerint azonban a biztonsági szelepek működése során instabilitások léphetnek fel, amelyek során a szelep rezgésbe jön, és akadályozza a leeresztési folyamatot, így nem látja el védelmi funkcióját.
A tanszéki kutatásokba 2016 tavaszán kapcsolódtam be egy kísérleti TDK munkával. Azt követően egy redukált modell kidolgozásába kezdtem, amely egy tartályból és egy direkt rugóterhelésű nyomáshatároló szelepből álló rendszer viselkedését írja le. Adott paraméterek, térfogatáram és kezdeti feltételek mellett kirajzoltatható a tartálynyomás, a zárótest elmozdulása és sebessége az időben. A tartályba bemenő térfogatáram változtatásával paramétersöprést végeztem. Minden lépést az előző lépés végállapotából inicializálva kétféle diagramon ábrázolom az együtt létező megoldások térfogatáram tartományát illetve típusát. Az egyik diagram az amplitúdó-térfogatáram diagram. A másik ábrán a lengések térfogatáram függvényében kirajzolt lokális minimum és maximum értékei szerepelnek. Ezekből látható, hogy a kezdeti értéktől függően, adott térfogatáram mellett létezik stabil és instabil megoldás. Az nyitást követően az egyensúly megvalósulhat egy adott nyitásértékhez viszonyított, állandó amplitúdójú lengés formájában, vagy a zárótest beállhat az üléktől egy adott távolságra. Emellett létrejöhet kaotikus lengés instabil nyitás során. Mindezek szemléltetését a fázistérben valósítom meg, amelynek koordináta tengelyei a nyitás, a zárótest sebessége és a tartálynyomás. Állandó paraméterek mellett, különböző kezdeti értékekkel indított futtatások eredményeit együttesen ábrázolva kirajzolódik a fázistér.
A szimuláció folyadék munkaközegre vonatkozik, paraméterei [1] alapján kerültek dimenziótlanításra.
A munkám rámutat arra, milyen hatást gyakorolnak az eltérő kezdeti feltételek a rendszer stabilitására. Megmutatja, hogy bizonyos térfogatáram tartományokon egyetlen, stabil megoldás létezik, míg más tartományokon kezdeti értéktől függően stabil és instabil megoldások együttesen léteznek.
[1] Gábor Licskó, Alan Champneys,Csaba Hős (2009): Nonlinear Analysis of a Single Stage Pressure Relief Valve. IAENG International Journal of Applied Mathematics
