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閘閥閥座外壓分析

2017-12-17 13:35:13??????點(diǎn)擊:

1 引言

閘閥是一種常用的截?cái)嚅y,用來接通或截?cái)喙苈分械慕橘|(zhì),但不適于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量。它的啟閉件(閥瓣)在垂直于閥內(nèi)通道中心線的平面作升降運(yùn)動(dòng),像閘門一樣截?cái)嘟橘|(zhì),故稱作閘閥閘閥按其閥瓣結(jié)構(gòu)形式可以分為楔式彈性閘板、楔式剛性單閘板、楔式剛性雙閘板、平行剛性單閘板、平行雙閘板等。

下面以楔式剛性雙閘板為例,具體的介紹一下閘閥閥座受力情況。

2 閘閥閥座受力分析

雙側(cè)密封式閘閥是通過增強(qiáng)閥瓣對(duì)閥座的推力而實(shí)現(xiàn)的,接觸壓力應(yīng)大于進(jìn)口流體的壓力。這種閘閥的缺點(diǎn)是,如果在冷態(tài)下閉合,后來進(jìn)入熱態(tài),閥瓣就會(huì)出現(xiàn)膨脹,于是形成閉合位置卡緊,當(dāng)再次開啟閥門時(shí)就會(huì)遇到困難,這種情況就是俗稱的“下炕”。良好狀態(tài)的閘閥都是實(shí)現(xiàn)單側(cè)密封。平行式閘閥也只能與出口位置的閥座實(shí)現(xiàn)單側(cè)密封。標(biāo)準(zhǔn)的楔式閥瓣閘閥情況也一樣,壓力使進(jìn)口側(cè)閥瓣變形,流體流過進(jìn)口側(cè)閥瓣直至閥腔達(dá)到壓力平衡。由此引出出口處閥座受介質(zhì)外壓作用而產(chǎn)生的強(qiáng)度問題。


 實(shí)現(xiàn)單側(cè)密封的闡閥

如圖 1 所示,介質(zhì)進(jìn)入閥體中腔后,作用于出口側(cè)(左側(cè))的閥瓣,在左側(cè)閥座與閥瓣密封面處形成一個(gè)密封比壓,阻止介質(zhì)的流通。同時(shí)介質(zhì)作用于閥體與左側(cè)閥座之間的間隙,使左側(cè)閥座外側(cè)受到介質(zhì)壓力的作用。在對(duì)左側(cè)閥座進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí),就是應(yīng)對(duì)閥座受外壓的狀態(tài)進(jìn)行分析,而使用規(guī)則設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能解決如此復(fù)雜的問題。在本文中采用分析設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行楔式雙閘板閥座的強(qiáng)度校核。

通過對(duì)閥座的受力分析可知,閥座與閥體焊接處為固定約束,閥座外腔受到介質(zhì)壓力的作用,閥座密封面處受到閥瓣的密封比壓的作用,詳細(xì)的受力情況如圖 2 所示。


 閥座受力分析

把實(shí)體模型轉(zhuǎn)入 ANSYS 中進(jìn)行分析,選擇磚型六面體單元 Solid45,輸入材料的彈性模量和柏松比(如《表 1》所示),采用自由網(wǎng)格劃分模型,默認(rèn)求解器求解,得出閥座的應(yīng)力云圖和應(yīng)變?cè)茍D。

《表 1》 材料為 12Cr1MoV

彈性模量(MPa) 2.140e+006
柏松比 0.286
質(zhì)量密度(Kg/mm2 7.86e-012
屈服拉伸強(qiáng)度(MPa) 255
極限拉伸強(qiáng)度(MPa) 470

由應(yīng)力分析云圖可知,閥座的最大應(yīng)力出現(xiàn)在閥座內(nèi)腔與閥座和閥體焊接連接處,閥座形狀在該位置變化較為劇烈且存在尖角,應(yīng)屬于峰值應(yīng)力,在該處選取應(yīng)力評(píng)定線,按 JB4732-95 的應(yīng)力分類原則(如《表 2》所示)對(duì)應(yīng)力評(píng)定線上的應(yīng)力進(jìn)行分類,得出評(píng)定線上的薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力,分別與限定值進(jìn)行比較,即可得出閥座的設(shè)計(jì)是否合理。

各類應(yīng)力強(qiáng)度的限制

類別 符號(hào) 計(jì)算值 限制值
一次薄膜應(yīng)力 MEMBRANE Pm Sm
一次薄膜+彎曲應(yīng)力 MEM+BEND Pm+Pb 1.5Sm

3 結(jié)論

通過應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法可以對(duì)閘閥閥座進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核,同時(shí)可以得出閥座設(shè)計(jì)是否合理。

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