高压长输管线固定球阀有限元优化设计

发布时间：2020-07-24 15:15

【摘要】： 随着新材料和新技术在阀门上的应用,以及数控加工设备的逐步普及,特别是在阀门设计上应用ANSYS有限元分析软件进行模拟力学计算,阀门的设计制造水平有了较大的提高。但与西气东输工程中要求的参数,还有一段距离,建一条大口径的管线比建几条小口径的管线更为经济而且采用在一定范围内提高介质的输送压力,同样能够增加效益。因此对长输管线阀门的要求比通用阀门的要求要高得多,要求长输管线阀门具有更高的可靠性、更高的密封性、更高的强度,以确保长输管线安全可靠运行。本论文分析了国内外长输管线球阀的发展过程,并吸收了国内外管线球阀的优点。在此基础上,采用了先进的设计技术,研究了公称通径1500mm,公称压力15MPa的国内最大管线球阀,具体的工作如下: (1)利用有限元分析软件ANSYS,建立了橡胶O形圈及其边界的有限元模型。通过分析了相同沟槽、不同截面和压缩率下形状的变化和接触压力的大小及其分布,得出槽宽对接触压力没有影响,槽口倒角半径越大,最大接触压力及剪切应力越大,但是变化很慢,影响不大。在压缩率为20%,工作压力为15MPa时,最大接触压力大于工作压力,可以很好地保证密封。并描述了O形圈可能出现裂纹的位置,为合理地安装和使用提供了理论依据。 (2)为便于在密封圈损坏或失效时更换,活动套筒阀座是由两个环状零件组合在一起的,采用O形圈密封,O形圈材料为硬度为90的丁腈橡胶。在15MPa的压力下,其最大密封间隙为0.3mm,将活动套筒与O型密封圈接触部份的圆筒型管体简化为平面应变问题,并利用ANSYS计算出沿半径方向的最大变形不超过0.3mm以及满足材料许用应力的活动套筒壁厚。 (3)研究了双向密封结构的管道球阀,阀座截面为矩形,并对阀座与球体的平均密封比压进行计算,以计算出的结果为基础,用双线性强化材料模型来模拟阀座,用刚体模型来模拟阀芯,采用面面接触有限元分析,以理论得出的平均密封比压值为基础,来计算真实密封比压分布规律。结果表明,矩形密封圈压缩率小,接触压力均匀,密封面大,密封效果好。 (4)根据等厚压力确定阀体壁厚后,建立阀体,对其做必要的简化后应用ANSYS的热—结构耦合分析以及结构优化设计。对公式所算出来的阀体壁厚进行优化,得出最佳的阀体壁厚。 (5)当球芯的槽磨损后,阀杆与球体旋转不同步,容易引起旋转误差,在阀杆与球体采用四键连接,即可以保证旋转同步也便于维修。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH134
【图文】：

止回阀

内研究现状天然气止回阀海远一阀门制造有限公司生产的止回阀,利用气体压差实现启闭，适用裁断管路介质，阻止介质逆流。天然气储配站的压缩机往往需要配置然气回流压缩机。一般天然气止回阀的主要缺点是阀瓣随着压缩机往与阀体碰撞发生很大的响声, 容易损坏阀瓣, 影响阀门密封性。RH 型阀较好地解决了这些问题。该系列止回阀的密封副将其他止回阀的 90使阀瓣向阀座形成一个自然压力, 同时阀瓣外结构再加上可调节平衡锤题。密封副改用特制耐腐蚀、性能稳定、不易老化、摩擦系数低、易定的增强聚四氟乙烯改善了密封性能, 杜绝了天然气回流现象。RH 型世已逾 10 年, 使用效果很好, 最大公称通径已达 DN 800 mm。

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—3ORBIT球阀结构

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—4GROVEB系列管道球阀

【参考文献】