بررسی تجربی و عددی عوامل شکست در سوپاپ‌های یک‌طرفه رینگی در کمپرسورهای رفت و برگشتی

رینگ داخل سوپاپ یک طرفه، در کمپرسور رفت و برگشتی نقش کلیدی و مهمی دارد. در این مقاله دو جنس متفاوت برای رینگ درنظر گرفته شده است. یکی، فولاد ضد زنگ به شماره ماده 1/5022 و با علامت 38si6 و دیگری، کامپوزیت کربن پیک است. این دو رینگ در سوپاپ های یکسانی از نظر طراحی و ساخت قرار داده شدند. سپس این سوپاپ ها درکمپرسورهایی با کاربرد یکسان مورد آزمایش قرار گرفتند. در آزمایش های تجربی استفاده از این دو رینگ مشاهده شد که عمر سوپاپ با رینگ فولادی، 145 روز است. در حالی که سوپاپ با رینگ کربن پیک بعد از گذشت 210 روز سالم بود. مهم ترین علت شکست در رینگ فولادی مربوط به توزیع نامناسب نیروهای ناشی از فنرهایی است که در زیر سطح رینگ قرار دارند. یکی دیگر از عوامل شایع خرابی در این سوپاپ ها مربوط به تنش های وارده از طرف فنرها به دیواره های محل قرارگیری آن ها است. بنابراین در این مقاله، به بررسی تنش ها در محفظه قرارگیری فنرها که جزء نقاط بحرانی در طراحی و ساخت سوپاپ ها است، نیز پرداخته شده است. با استفاده از کدهای تجاری کارآ مانند آباکوس، مراحل طراحی و تحلیل سوپاپ در شرایط شبه استاتیکی انجام شده است. فشارها و تنش های وارده به محفظه فنر و خود رینگ در شرایط استفاده از رینگ فولادی بیشتر از رینگ کامپوزیتی کربن پیک است. نتایج به دست آمده از شبیه سازی عددی با مشاهدات تجربی مطابقت خوبی را نشان می دهند. ضمناً با استفاده از معادلات جریان مقدار ضخامت مناسب برای رینگ تعیین شده است.

Experimental and Numerical Investigating of Failure Factors in One-Way Ring Valves in Reciprocating Compressors

The ring inside the oneway valve has an important role in the reciprocating compressor. In this article, two different materials for rings were considered; stainless steel with the material number 1.5022 and sign 38si6, and carbonpeek composite. These two rings were prepared in valves with identical conditions in design and manufacturing and were used in reciprocating compressors with the same applications. The results of this experiment showed that the life of the valve with a steel ring was 145 days, while the valve with a carbonpeek ring was intact after 210 days. The most important reason for early failure in the steel ring is an inappropriate distribution of forces due to the springs below the ring. Another common cause of failure in these valves is the stresses on walls in the location of springs. Therefore, in this paper, the stresses in the chamber of springs, which are critical points in the design and construction of the valves, are also discussed. By using robust business codes like Abaqus software, the design and analysis stages of the valve are carried out in quasistatic conditions. The stresses and tensions on the chamber of spring and the ring are much stronger in the steel ring than the carbonpeek composite ring. The results obtained from numerical simulations are consistent with experimental observations. In addition, accurate thickness for the ring was determined by use of flow relations.