高温快关蝶阀密封副瞬态热结构耦合与冲击的影响研究

发布时间：2020-06-17 14:16

【摘要】：快关蝶阀广泛应用于火电、核电、冶金及石油化工等行业,起紧急切断作用,是处理系统发生紧急事件最关键的设备之一。实际工作时,快关蝶阀除了承受来自系统介质的高温和压力载荷外,还承受因快速关闭引起的瞬时碰撞冲击载荷。随着紧急切断系统向大型化和高参数化发展,瞬态热载荷与瞬态冲击载荷作用下快关蝶阀的强度与阀座密封问题也日益突出,快关蝶阀能否长期稳定运行关系到整个系统的安全可靠性。针对快关蝶阀在应用中出现的强度及密封失效问题,本文进行了一系列研究,主要研究内容如下:(1)基于赫兹理论、旋转动力学理论,提出了快关蝶阀密封及冲击的分析方法;基于该方法并考虑密封接触非线性,分析了快关蝶阀关闭瞬间受力情况;建立了冲击瞬间密封副力学模型,为后续快关蝶阀的数值仿真研究提供了理论依据。(2)采用有限元多相场耦合方法进行了快关蝶阀稳态与瞬态热-结构耦合分析,稳态分析表明快关蝶阀在密封试验工况与设计工况下密封性能均满足要求;在稳态分析的基础上,开展了瞬态热-结构耦合分析,对比研究了6种升温速率以及27种升温、保温时间对快关蝶阀密封性能及结构强度的影响,结果表明升温速率以及升温、保温时间对高温快关蝶阀的密封性能及结构强度影响巨大;升温速率越大,热冲击作用越强,对结构的损伤就越大;不同升温、保温时间加热阀门的过程中,最后阶段升温时间的快慢对快关蝶阀阀座密封性能及结构强度的影响最大。(3)基于隐式动力学方法,开展了快关蝶阀关闭过程瞬态动力学数值仿真研究,分析得到了快关蝶阀瞬间冲击速度以及快关过程总位移量,并与理论推导得出的数值对比,误差均在5%以内;在此基础上研究了蝶板与阀座接触面上节点应力、密封面上接触压力随冲击时间的变化规律,结果表明快关冲击对蝶阀蝶板的影响程度大于阀座。进一步研究得出了冲击速度、撞击面积、过关闭角度等关键参数对阀门冲击的影响规律;其中,冲击速度对快关蝶阀的冲击影响最大,过关闭角度次之,撞击面积最小。通过以上研究,为快关蝶阀的瞬态热密封及冲击载荷下结构强度及密封性能的研究提供理论依据和研究方法,为快关蝶阀有效避免瞬态冲击载荷带来的危害提供优化设计参考与指导。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH134
【图文】：

互接,变形关系,体相,两相

A 为接触面积；P 为外力。图2.2 两相互接触体相对变形关系如果将表面进行离散化处理，任意点的表面位移可以写成如下形式[59]：1( )mk kj jju x a f (2.12)akj是节点 J 的单元力施加在节点 K 所造成的偏斜。fj是加载在节点 J 上的离散力，M 为接触点个数。式(2.12)写成矩阵形式表达为：

示意图,快关,蝶阀,示意图

本文所研究的主要内容为快关蝶阀的冲击动强度，最主要属于第一类情况。图2.3 快关蝶阀冲击示意图不同冲击强度载荷下会引起结构的不同的弹性和塑性变形，在结构表面呈现出塑性变形的有压痕、凹痕、缺口或撕裂等冲击损伤，这些冲击载荷下的冲击损伤涉及到动力学、塑性力学和接触问题[61]。快关蝶阀在快速关闭过程中，蝶板和阀座密封面承受快速撞击冲击载荷，蝶板及阀座的碰撞面发生了较大的弹性和塑性变形，按照变形的情况可分成压缩区、剪切区、剪切拉伸区及胀大区，如图 2.3所示[62~63]。快关蝶阀密封副在关闭冲击过程中，材料塑性功转化来的热量在瞬时

【参考文献】