تحلیل و بهینه سازی توزیع فشار در یک شیرکنترلی

نویسنده

دانشگاه آزاد اسلامی

چکیده

امروزه شیرهای فشارشکن در بسیاری از صنایع مانند نیروگاهها، پالایشگاهها و صنایع مشابه استفاده می شود که بسیاری از آنها دارای شکل های هندسی سنتی مانند شیرهای پروانه ای است. متاسفانه بدلیل طراحی خاص این شیرها، در آنها کاویتاسیون ایجاد شده و باعث سایش و خرابی زود هنگام می شود. در دهه اخیر نسل جدیدی از شیرهای کنترلی طراحی شده اند که با توجه به هندسه جدیدشان باعث کاهش تدریجی فشار سیال شده و مانع ایجاد کاویتاسیون و سایش می شوند. در این مقاله مسیر سیال در یک شیر لابیرنتی با استفاده از روش تاگوچی بهینه سازی شده است. برای این منظور چهار پارامتر مختلف شامل ارتفاع کانال، تعداد گوشه های مسیر، شعاع گوشه ها و مساحت مقطع ورودی به عنوان پارامترهای تاثیرگذار بر فشار خروجی شیر در نظر گرفته شده است. هر پارامتر دارای سه سطح می باشد و توسط یک آرایه استاندارد تاگوچی، ترتیب اهمیت هر یک از این چهار مورد بر فشار خروجی تعیین شده است. با استفاده از نتایج بدست آمده، هندسه بهینه پیش بینی شده است. سپس با استفاده از شبیه سازی در نرم افزارهای انسیس و سالیدورکز، هندسه بهینه پیش بینی شده صحت سنجی شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Pressure Distribution Optimization in a Control Valve

نویسنده [English]

  • Ali Eftekhari
چکیده [English]

Many industries including power-plants, refineries and so on are using high pressure control valves. Many of these valves have traditional geometries like butterfly valves. Unfortunately, because of the special design of these valves, cavitation causes very rapid corrosion. In the last decade, a next generation of control valves have been introduced which are designed to prevent cavitation. Because of the special fluid paths in the Labyrinth valves, the pressure drop is very graduated which prevents cavitation. In this article, the geometry of fluid path is optimized using Taguchi method. To this end, four parameters are considered including path's height, number of corners, corner radii and input area. For each parameter three levels are assumed and using a standard Taguchi array the optimum geometry is predicted. Then the pressure drop in optimum geometry is simulated using finite element method and the results validated the optimized geometry.

کلیدواژه‌ها [English]

  • High pressure valve
  • Cavitation
  • pressure distribution
  • Taguchi method optimization
  • ANSYS CFX
1-      

[1] Cavitation in Control Valves, SAMSON AG V74 / Training, Weismüllerstraße 3, 60314 Frankfurt, http://www.samson.de.

[2] Mazur, Z. Urquiz, G. Sierra, F. Campos, R. (2002).  "Numerical analysis of erosion of the rotor labyrinth seal in a geothermal turbine", Geothermics, Vol. 31- pp. 563–577.

[3] Mazur, Z. Palacios, L.M. Urquiza, G. (2004). "Numerical modeling of gland seal erosion in a geothermal turbine", Geothermics Vol. 33, pp. 599–614.

[4] Mazur, Z. Amezcua, R.C. Beltran, G.U. Gutierrez, A. G. (2004). "Numerical 3D simulation of the erosion due to solid particle impact in the main stop valve of a steam turbine", Applied Thermal Engineering, Vol. 24, pp. 1877–1891.

[5] Yang, B.S. Hwang, W.W. Ko, M.H. Lee, S.J. (2005). "Cavitation detection of butterfly valve using support vector machines", Journal of Sound and Vibration Vol. 287, pp. 25–43.

[6] Asok, S.P. Sankaranarayanasamy, K. Sundararajan, T. Vaidyanathan, G. Udhaya Kumar K., (2011). "Pressure drop and cavitation investigations on static helical-grooved square triangular and curved cavity liquid labyrinth seals", Nuclear Engineering and Design Vol. 241, pp. 843–853.

[7] CONTROL VALVE HANDBOOK, Fourth Edition, Emerson Process Management, Marshalltown, Iowa 50158 USA, www.EmersonProcess.com.

[8] Reyes, A., “Beginner’s Guide to SolidWorks 2013 - Level I: Parts, Assemblies, Drawings, Simulation Xpress”, Schroff Development Corporation Publication, 2013.

[9] ANSYS FLUENT 12.0, Theory Guide, Release 12.0 c ANSYS, Inc. January 29, 2009.

[10] Jeff Wu, C.F. Hamada M.S. (2002)."Experiments: Planning, Analysis, and Parameter Design Optimization". Wiley.

]11[ فروزان، محمدرضا، نیرومند، محمدرضا، "روشهای نوین بهینه سازی"، انتشارات جهاد دانشگاهی دانشگاه صنعتی اصفهان، 1390.