Melhoria da estrutura e otimização de parâmetros da válvula de controle de microfluxo

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6850 (2023) Citar este artigo

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Visando o fenômeno de aderência entre o núcleo da válvula e a luva da válvula quando o núcleo da válvula se move, e para resolver o problema de que o torque necessário para fazer o núcleo da válvula girar é grande, a análise de simulação de acoplamento fluido-sólido do núcleo da válvula é realizado neste estudo, e então a estrutura do núcleo da válvula é melhorada e seus parâmetros são otimizados com base no algoritmo de colônia de pássaros. A estrutura combinada da luva da válvula e do núcleo da válvula é estudada, e o modelo de acoplamento fluido-sólido é estabelecido pelo Ansys WorkBench, e a análise de simulação da estrutura estática da luva da válvula e do núcleo da válvula antes e depois da melhoria estrutural e otimização dos parâmetros é realizada. Os modelos matemáticos do tanque tampão triangular, tanque tampão em forma de U e tanque tampão combinado são estabelecidos, e os parâmetros estruturais do tanque tampão combinado são otimizados pela otimização do enxame de pássaros. Os resultados demonstram que o tanque tampão triangular tem um bom efeito de despressurização, mas grande impacto, a pressão do tanque tampão em forma de U é estável e suave, mas o efeito de despressurização não é ideal, enquanto o tanque tampão combinado tem um efeito óbvio de despressurização e boa estabilidade. Ao mesmo tempo, os parâmetros estruturais ideais do tanque tampão combinado são ângulo de corte de 72, ângulo plano de 60 e profundidade de 1,65 mm. A excelente estrutura e parâmetros da ranhura do amortecedor combinado são obtidos, de modo que o amortecedor de pressão da válvula reguladora na posição chave da porta da válvula atinja o melhor efeito, e uma solução eficaz seja fornecida para resolver o problema de travamento do núcleo da válvula da válvula reguladora durante o trabalho.

Atualmente, a micro-pequena válvula de controle hidráulico é cada vez mais usada em Chin. Pesquisadores e fabricantes nacionais e estrangeiros fizeram muitas explorações sobre sua teoria, estrutura e parâmetros1,2. O regulador controla o fluido e aciona a carga alterando a abertura da porta da válvula. Sua capacidade reguladora é de grande importância para a operação segura e eficiente do sistema hidráulico3. Carretel e luva da válvula são extremamente importantes para a estrutura do par de trabalho e para os parâmetros da capacidade de funcionamento da válvula de controle. Luo Yuxuan et al.4 analisaram e resumiram as causas do carretel de estoque em aplicações de engenharia de válvulas. Os motivos do carretel preso são divididos em: motivos mecânicos causados ​​por precisão de usinagem ou erro de montagem; Razões hidráulicas causadas pelo momento desequilibrado da ação do fluido no carretel; Causas térmicas causadas pelo aquecimento viscoso do fluido sob condições de alta pressão e causas de poluição causadas pela retenção de partículas na folga de ajuste da válvula. Visando o fenômeno preso do carretel da válvula direcional proporcional eletro-hidráulica 2D, Liu Guowen et al.5 analisaram sistematicamente a força de fixação radial do carretel 2D com ou sem excentricidade. O software MATLAB é usado para calcular a relação entre a força de fixação radial do carretel 2D, excentricidade e ângulo entre furos de alta e baixa pressão. Dependendo das características da válvula 2D, são apresentadas medidas de melhoria do carretel da válvula direcional proporcional eletro-hidráulica 2D. O campo de fluxo na superfície do núcleo da válvula é simulado por CFD usando o software Fluent. O vetor de velocidade e a distribuição de pressão antes e depois da melhoria são comparados e a exatidão das medidas melhoradas é verificada. Pei Xiang et al.6 compararam vários fenômenos de fixação de válvula rotativa e carretel de válvula deslizante. A força de desequilíbrio radial da válvula rotativa é analisada teoricamente e algumas medidas concretas para reduzir o fenômeno de fixação da válvula rotativa são apresentadas. Fornecer alguma ajuda para o projeto e aplicação de uma válvula rotativa no futuro. Sun Zegang et al.7,8. Estudou a influência das estruturas de ranhura de estrangulamento em forma de U e V no desempenho de cavitação da válvula. Ao melhorar a estrutura da ranhura de estrangulamento otimizada pelo algoritmo genético, o desempenho anti-cavitação da válvula pode ser obviamente melhorado. Li Weijia et al.9 estudaram as características de fluxo de abertura da válvula deslizante com uma única ranhura de estrangulamento de base em forma de U, oblíqua em forma de U e em forma de V sob a condição de diferença de pressão constante. Usando o algoritmo de otimização de enxame de partículas, o é obtido o tamanho ideal da ranhura do acelerador, que atende aos requisitos das características de fluxo de abertura da válvula sob a condição de diferença de pressão constante. Cao Jia Hao et al.10 projetaram um novo tipo de estrutura limitadora com ranhura amortecedora, que enfraqueceu a rigidez estrutural e melhorou a dissipação de amortecimento da energia de impacto. Através do software ANSYS, a análise de otimização iterativa de parâmetros da estrutura do buffer de limite original é realizada para encontrar uma combinação razoável de parâmetros de estrutura. Em seguida, o desempenho dinâmico transitório da estrutura baseado no método de domínio de tempo é considerado pelo software LS-DYNA, e o efeito de buffer das estruturas limitadoras de tipo tradicional e novo é comparado. Wu Weidong et al.11 visando os problemas de pequena faixa de ajuste de fluxo e resposta lenta da ranhura de estrangulamento em forma de U de um certo tipo de válvula sensível à carga, uma ranhura de estrangulamento em forma de Ω foi projetada analisando a relação funcional entre a abertura da válvula e área de fluxo. O algoritmo de otimização por enxame de partículas (PSO) é usado para otimizar seus parâmetros organizacionais com o ganho de fluxo como objetivo. Zhang Zhandong et al.12 apresentaram um método de cálculo para adicionar uma ranhura do acelerador em forma de K no ombro do orifício de fluxo radial do carretel principal da válvula reversora e obter a área de fluxo equivalente da ranhura do acelerador em forma de K, visando na situação em que a porta da válvula de reversão do suporte hidráulico da mina de carvão tem um grande gradiente de área de fluxo, que só pode realizar a função de controle liga-desliga, e o aumento de pressão é repentino, o que é fácil de induzir a pressão impacto do sistema de apoio ao abastecimento de petróleo. O objetivo de regular e controlar ativamente o gradiente da área de fluxo da porta da válvula pode ser realizado. Zhang Liqiang et al.13 abordaram o problema do impacto da pressão da porta da válvula causado pelo fluxo interno excessivo de uma válvula deslizante. Após análise a influência dos parâmetros da estrutura da ranhura do acelerador nas suas características de fluxo. O algoritmo de otimização genética é usado para obter o conjunto de soluções Parato da ranhura de estrangulamento em forma de U que atende às características de resposta rápida de fluxo e desempenho de impacto de pressão. Os resultados da otimização são verificados selecionando parâmetros específicos da estrutura da ranhura do acelerador. Li Ping14 apresentou um esquema aprimorado de um novo tipo de tanque de estrangulamento (tanque combinado U – V), o algoritmo de otimização de enxame de partículas é usado para otimizar a estrutura da ranhura do acelerador, os parâmetros estruturais ideais são obtidos. Sob a mesma abertura da válvula, a área de fluxo da nova ranhura do acelerador é maior que a do valor original (ranhura em forma de U). Quando a válvula multicanal atinge a vazão nominal, a abertura da nova válvula diminui e a faixa de ajuste de vazão aumenta. Yi Sheng et al.15 realizaram pesquisas de simulação sobre as características de fluxo de abertura de seis tipos de ranhuras de estrangulamento: em forma de U simples, em forma de U oblíqua, em forma de V, em forma de 2U, em forma de 3U e em forma de U + V. ; Usando o módulo GUI no MABLAT, é desenvolvido o software de projeto de otimização do slot do acelerador baseado na otimização do enxame de partículas. Fang Guihua et al.16 estudaram a influência de diferentes parâmetros na força hidrodinâmica em estado estacionário da ranhura de estrangulamento em forma de U e pensaram que a altura da ranhura de estrangulamento em forma de U tinha maior impacto do que a largura.