三偏心蝶阀过关闭现象的有限元模拟分析

发布时间：2019-09-18 20:32

【摘要】：针对某仪表公司自主设计的三偏心蝶阀易产生"过关闭"现象,对三偏心蝶阀结构的受力变形进行了模拟分析,得到三偏心蝶阀的密封圈在不同情况下的位移变形情况,并给出相应建议。分析结果表明:仪表公司自主设计的三偏心蝶阀结构具有可行性,其产生"过关闭"现象的主要原因是密封圈制造过程的加工误差和使用过程中过大的预紧扭矩。
【图文】：

三偏心蝶阀

phenomenonofthreeeccentricbutterflyvalvearetheprocessingerrorandtoolargepretighteningtorqueduringitsapplication．Keywords:Threeeccentricbutterflyvalve;Overclosure;Finiteelementsimulationanalysis三偏心蝶阀是蝶阀结构中的一种高级形式，除具有一般蝶阀结构的结构简单、体积孝成本低等优点外，还具有启闭过程零干涉、关闭状态零泄漏、温度压力使用范围广、密封面积大等优点，广泛用于石油化工、冶金、电力、市政建设、农业灌溉等管道系统中，起截止与调节流量的双重作用［1－3］。三偏心蝶阀的结构简图如图1所示，其主要特征在于3个偏心:轴向偏心a、径向偏心e和角偏心φ。3个偏心的提出解决了蝶阀的诸多问题，使其逐渐成为其他类型阀门的更新换代产品。近年来，国内对三偏心蝶阀的研究逐渐增多，其性能也得到了极大的提高［4－5］;但是由于各方面的原因，国内阀门制造商生产的三偏心蝶阀的性能与国外差距仍然较大，远远达不到使用要求［6］。在与某仪表公司的合作中得知，以自主设计的结构参数生产的三偏心蝶阀存在着“过关闭”现象，即三偏心蝶阀关闭时，在介质压力和扭矩的作用下，蝶板沿着关闭方向绕阀轴继续旋转，直至密封圈旋出阀座密封面的区域产生泄漏。针对三偏心蝶阀的上述问题，运用有限元分析软件ANSYSWorkbench对三偏心蝶阀结构进行受力变形分析，探讨其产生“过关闭”现象的原因，对国内三偏心蝶阀的结构设计及改进具有重要的指导意义。图1三偏心蝶阀结构简图1有限元分析模型建立1.1三维模型建立文中的三维模型，以仪表公司提供的DN250mm

三偏心蝶阀,三维模型

多层次三偏心蝶阀的三维模型为原型，对其进行简化［7－8］并重建，其各结构参数(阀体通径、阀轴半径、轴向偏心、径向偏心、角偏心、半锥角等)与原模型相同，如表1所示;简化后的三偏心蝶阀模型如图2所示，主要由阀体、阀座、密封圈、压板、阀轴、蝶板等组成。表1三偏心蝶阀结构参数圆锥底圆半径/mm97．83轴向偏心/mm26阀座宽度/mm14径向偏心/mm3密封圈宽度/mm7偏心角/(°)8阀体通径/mm250半锥角/(°)15．8图2三偏心蝶阀的简化三维模型1.2网格划分有限元网格的划分类型采用四面体单元，，运用ANSYS软件自动网格划分方法对三维模型进行整体网格划分，并对整个模型的网格进行尺寸设置和细化密封圈与阀座接触处的网格，其网格精度满足静力学分析要求［9］。网格划分后的蝶阀模型如图3所示，其网格单元共294579个，节点548656个。蝶阀各零件的材料设置如表2所示。图3三偏心蝶阀网格模型表2蝶阀零件材料设置蝶阀零件材料类型阀体、阀轴、阀座、蝶板、压板灰铸铁金属密封圈不锈钢弹性密封圈聚乙烯1.3接触及边界条件设置为了模拟多层次三偏心蝶阀各零件之间的相互关系，对各零件之间的接触关系进行如下设置:密封圈与密封圈、阀轴与阀体、密封圈与阀座、密封圈与蝶板和压板均采用摩擦型接触，摩擦因数为0.1;蝶板与压板、阀座与阀体、阀轴与蝶板采用粘结型接触，使之在接触处始终不分离。三偏心蝶阀边界条件作如下设置:阀体阀耳两端固定;阀轴采用圆柱型支撑型约束，切向旋转设置为自由。2蝶阀“过关闭”现象分析如图2所示，蝶阀模型的阀座密封面X轴(即阀体通径)方向上的宽度为14mm，多层密封圈密封面X轴方向上的总宽度为7mm，因此，阀座与密封圈左端面在X轴相距3.5mm。当密封圈在X轴方向上的位移变形超过3.5mm时
【作者单位】：重庆理工大学机械工程学院;重庆川仪调节阀有限公司;
【基金】：重庆市应用开发计划项目(cstc2014yykf A70003)
【分类号】：TH134

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