O+P Fluidtechnik 7-8/2017

VDMA
ANALYTISCHE STRÖMUNGSKRAFT-
BERECHNUNG VON LÄNGS-
SCHIEBERVENTILEN
Ing. Patrik Bordovsky, Institut für fluidtechnische
Antriebe und Steuerungen (IFAS) der RWTH Aachen
Förderung: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V.
(AiF) aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi);
Nr. 18569 N/1
Zielsetzung:
Die durch das strömende Fluid verursachte Strömungskraft soll
im Rahmen dieses Forschungsvorhabens untersucht werden. Das
Ziel ist es, die Strömungskraft in Abhängigkeit der verschiedenen
Betriebsparameter sowie geometrischen Gegebenheiten analytisch
beschreiben zu können. Um die gewonnenen Erkenntnisse
in der Praxis einsetzen zu können, werden die mathematischen
Modelle in MS-Office umgesetzt, sodass zur schnellen Auslegung
des Aktors ein einfach zu verwendendes Tool entsteht.
06
Geometrien der untersuchten Schieber
SmSK
Geometrien der untersuchten Schieber
Form der Steuerkante
SmS SmF SmR
Form der Steuerkerben
SmRK SmAK SmTK
Zusammenfassung und Ausblick:
Im vorliegenden Bericht werden die Motivation, der Lösungsweg
und der aktuelle Stand der Arbeiten zur Untersuchung der Strömungskräfte
von Längsschieberventilen dargelegt. Die folgenden
Projektergebnisse wurden bereits erzielt:
Ein analytisches Modell zur Strömungskraftberechnung wurde hergeleitet
und anhand von Messdaten für einfache Ventilgeometrien
validiert. Es wurde gezeigt, dass die Strömungskraftberechnung mit
Variablen der Strömungswinkel und des Durchflusskoeffizienten
zuverlässig berechnet werden kann.
Die für die Strömungskraftberechnung notwendigen Strömungswinkel
und Durchflusskoeffizienten wurden für verschiedene Schiebergeometrien
(Bild 6) und jeweils beide Strömungsrichtungen ermittelt.
Dabei wurden physikalische und geometrische Parameter
mit der Methode „Design and Analysis of Simulation Experiments“
variiert und deren Einfluss auf die Strömungswinkel und die Durchflusskoeffizienten
bestimmt.
Es wurden Strömungskräfte von
Industrieventilen gemessen und diese
mit den berechneten verglichen.
Aus dem Vergleich für das Ventil V1
der Firma H1 ergab sich, dass das
analytische Modell der Strömungskraft
für die untersuchten Industrieventile
eingeschränkt verwendet
werden kann. Die Abweichungen
sind vor allem auf die Komplexität
der Schiebergeometrie und die Ungültigkeit
der Annahmen für die Strömungskraftberechnung
zurückzuführen.
Eine Untersuchung der Strömungskraftberechnung
realer Ventilgeometrien
wäre daher notwendig,
da die Steuerkante oft aus mehreren
einfachen Geometrien besteht.
Es wurde ein Excel-Werkzeug entwickelt,
um die Strömungskraft effizient
berechnen zu können. Dabei
wurden drei Eingabe-Möglichkeiten
implementiert. Das Excel-Werkzeug
eignet sich zum Beispiel für eine
Vorauslegung von Ventilen.
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