异形腔体平板闸阀密封性能研究及优化

发布时间：2020-10-02 09:22

　　 平板闸阀在使用过程中具有流体阻力小、启闭省力、高度大,启闭时间长、不易产生水锤现象等优点,从而被广泛应用于各行各业。阀体形状和其他压力容器相比结构更加复杂,在设计时很难准确地计算出其受力情况。通常在阀门设计时,设计人员大多采用经验公式和相关标准进行设计,这样会导致阀门在设计过程中体积设计得过大,并且设计过程中没有考虑密封可靠性的要求。文中主要采用Inventor建模软件和ANSYS Workbench分析软件相结合,对平板闸阀进行密封可靠性分析并对其进行优化。利用Inventor建模软件建立平板闸阀的模型,并且使用Inventor参数化功能对平板闸阀的壁厚、横筋条数、横筋高度和宽度、内竖筋厚度、外竖筋厚度进行参数化处理。将在Inventor中建好的闸阀模型导入到ANSYS Workbench中分析,并且在ANSYS Workbench中对分析模型进行了网格无关性验证,最终分析得到该阀门受载后密封面最大变形为0.33893mm,密封面最大接触应力为193.13MPa。通过Python编程软件对密封面接触应力云图进行计算得到该阀门的有效密封面积率仅为38.896%,并且密封面小于必须比压的面积率高达34.202%。综合分析得到该阀门无法满足阀门密封要求的。利用ANSYS Workbench中参数化分析模块,对该平板闸阀的壁厚、加强筋参数(一条横筋的高度和宽度、两条横筋高度和宽度、内竖筋宽度、外竖筋宽度、法兰横筋宽度)进行参数分析,得到这些不同结构参数对阀门密封的影响。利用ANSY Workbench中多目标优化功能模块设计两个方案进行优化对比,其中方案1保留内竖筋,方案2去除内竖筋。通过分析对比发现方案1在考虑了阀体应力和阀体质量的情况下,方案1比方案2更好。方案1中最优点受载后密封面最大变形为0.23022mm,密封面有效密封面积率为66.544%,密封面小于必须比压面积率为9.19%。与原模型相比受载后密封面最大变形减小了0.10871mm,密封面有效密封面积率提高了27.648%,密封面小于必须比压面积率减小了25.012%。并且密封面上能够形成有效密封环面,达到了密封可靠性要求。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH134
【部分图文】：

图 1.1 闸阀图不同主要体现在所采用的密封阀分成两大类，包括：楔式闸两个密封面并不平行，而是有行，阀座密封面垂直于管道中楔式弹性单闸板闸阀、楔式弹闸阀和平行双闸板闸阀[6]。的闸板结构简单，尺寸小，使困难；启闭过程中密封面容易温、中温、各种压力工况下。的闸板中部开环状槽或由二块，能自行补偿。由于异常负荷宜太大，防止超过弹性范围；

工程硕士学位论文。2）分析模块：提供了结构、流体、电磁场、声场、压电以及多个物模块。3）后处理模块：将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可以看到结构内部）等出来，同时也可以将结果用图表、曲线形式显示和输出[46]。阀门几何模型的建立和导入vnetor 软件在建立装配零件时，主要分为两步：第一步根据零件草；第二步在部件图中新建零件或者导入零件，然后通过各种约束条装配起来。具体的流程如图 2.1 所示。

图 2.2 平板闸阀阀体平面图tor 中选择一个三维坐标平面，新建草图，将类椭圆绘制，选择上下非对称拉伸，向上拉伸 172mm，向下拉伸腔的下部分 。在此拉伸模型上表面新建草图，将模型平面基础上往上偏移 350mm，新建草图，画出中法兰可完成阀体中腔的上半部分。再画左右法兰的一边，阀体一个法兰的界面轮廓，利用旋转工具，可以完成一个法兰可以通过镜像工具完成。阀门上的螺栓孔可阀门加强筋的竖筋可以直接通过加强筋工具完成，只强筋的横筋则需要中腔下部分表面画出加强筋的界面为路径，通过放样可以完成。最终得到的模型如图 2

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 尚玉来;周广伶;李平;;低压大口径闸阀阀体变形的有限元分析与优化设计[J];通用机械;2016年10期

2 李树勋;李连翠;侯英哲;周世豪;;大口径闸阀主密封的分析研究[J];机械设计;2015年10期

3 刘远东;尹益辉;郭中泽;;连续体结构的多目标拓扑优化设计[J];机械科学与技术;2014年03期

4 慕灿;;复杂结构UG NX模型导入ANSYS Workbench的方法研究[J];四川理工学院学报(自然科学版);2013年04期

5 陈天敏;;基于有限元法的阀门力学与密封性能分析[J];通用机械;2012年01期

6 张希恒;俞树荣;杜兆年;余龙;裴耀贵;;楔式闸阀阀体变形对密封性能影响分析[J];阀门;2011年03期

7 ;差距明显——阀门业亟待提升创新能力[J];机械研究与应用;2010年03期

8 阿巴白克里·阿布拉;;大型通用有限元工程分析软件ANSYS在力学教学中的应用[J];价值工程;2010年01期

9 娄冬梅;赵飞;;闸阀阀座外压分析[J];锅炉制造;2009年06期

10 张浩强;张春良;罗彬彬;;基于Pro/E和ANSYS的天然气球阀密封比压有限元分析[J];机械工程与自动化;2009年04期

相关博士学位论文 前1条

1 何新党;多源不确定性结构可靠性分析及优化设计[D];西北工业大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 韩俊花;基于Pro/E和ANSYS Workbench的液压支架底座的优化设计[D];河北工程大学;2016年

2 王家权;大口径楔式闸阀结构设计与优化[D];沈阳大学;2015年

3 王蕊;基于热流固耦合的换热器管束数值模拟分析[D];大连理工大学;2015年

4 吴正卫;汽车变速器齿轮参数优化设计方法的研究[D];上海工程技术大学;2015年

5 杜微;地下水电站除湿机的除湿效果与设计方法[D];西安建筑科技大学;2014年

6 孙哲;基于多目标拓扑优化的汽车零件轻量化设计[D];华中科技大学;2014年

7 李想;面向地学研究的六面体网格生成方法研究[D];南京师范大学;2013年

8 于东娜;牵引汽车中置提升桥壳的结构优化及疲劳分析[D];内蒙古科技大学;2012年

9 景鹏飞;大口径闸阀阀体加筋结构优化与疲劳分析[D];兰州理工大学;2010年

10 刘向东;PDC钻头的主要几何参数对其力学性能影响的研究[D];西安科技大学;2009年

本文编号：2832221