煤化工金属球阀主密封结构密封性能研究

发布时间：2017-04-27 10:09

  本文关键词：煤化工金属球阀主密封结构密封性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤炭清洁利用是调整我国能源利用相对不平衡的关键手段，是缓解我国能源问题的有效途径。煤气化在高效、清洁利用煤炭资源方面有着非常重要的作用。锁渣阀是煤气化系统的关键设备，主要用于收集-排放定期来自气化炉激冷室底部的渣水混合，其运行工况普遍存在高温、高压和固体颗粒等特点，渗透能力强的有毒介质对阀门硬密封性能提出了较高的要求。此外由于阀门调节频繁，启闭扭矩大，密封面遭受严重的摩擦磨损，其耐磨性以及使用寿命受到严峻考验。金属球阀的密封性能，预紧比压与扭矩的联系是关乎阀门设计、运行可靠的关键因素。目前针对硬密封球阀，一般通过硬化密封面，合理选择密封副硬度差，或者提高加工精度来提高阀门的密封性能，延长启闭寿命，缺乏对球阀密结构及密封机理的深入分析。本文将对密封结构进行参数化研究，准确计算密封比压，建立泄漏量模型，进而获得密封比压与泄漏量的关系，实现密封副预紧比压的精确选择，指导阀门设计。 本文以水煤浆气化炉进口端密封固定锁渣阀为研究对象（包括结构尺寸、压差和材料特性等），首先基于单峰接触模型以及阀座受力特性，推导理想光滑阀座、理想粗糙与实际粗糙表面阀座的密封比压计算公式；其次采用有限元分析手段建立主密封结构的有限元分析模型，获得阀座密封面上的密封比压分布规律，并结合平均流动模型、阀座泄漏模型、粗糙表面等效接触方程，得到不同表面加工精度及纹理特征下的阀座泄漏量与密封比压的关系。本论文的主要研究内容和结果如下： 1）提出采用密封性能评价模型来确定影响阀座密封特性的主要设计参数（包括密封宽度、压力角）。本文通过有限元分析得到了不同设计参数下的沿密封面宽度比压分布规律，比较密封副上的平均比压与必需比压、许用比压，判定不同参数下的阀座密封可靠性。 2）综合平均流动模型、阀座泄漏量模型、等效接触方程等，计算不同表面粗糙度及纹理特征下的阀座泄漏量。结果表明，压力流量因子对阀座泄漏量有很大影响，当表面纹理参数小于1时，压力流量因子小于1，有利于密封，反之不然。 3）将有限元分析所得不同设计参数下的密封比压与等效接触方程计算的接触压力进行比较，获得实际比压与阀座泄漏量等级之间的关系，从而指导阀门设计制造，，优化启闭扭矩，提高阀门使用寿命。 本文研究的创新性在于：1）提出了采用有效密封宽度内的平均比压作为评价密封性能的指标；2）建立了球阀主密封结构不同设计参数的有限元接触模型，获得了密封宽度上的比压分布规律；3）建立了考虑表面粗糙度影响的球阀阀座泄漏量模型，并对实际阀座密封比压下的泄漏量进行预测。
【关键词】：硬密封球阀 有限元分析 密封比压 泄漏量模型 平均流动模型
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究综述13-21
• 1.2.1 球阀介绍13-14
• 1.2.2 金属球阀研究现状14-16
• 1.2.3 球阀密封研究概述16-21
• 1.3 主要研究内容21-22
• 第二章 球阀结构模型与密封比压计算22-37
• 2.1 气化炉工艺流程22-23
• 2.2 锁渣阀结构和工况参数23
• 2.3 理想光滑阀座密封面密封比压计算23-28
• 2.3.1 密封力的计算24-25
• 2.3.2 密封必需比压的计算25-26
• 2.3.3 许用比压取值26-27
• 2.3.4 理想光滑阀座密封面密封比压的计算27-28
• 2.4 粗糙阀座密封面密封比压计算28-36
• 2.4.1 粗糙表面接触模型29-33
• 2.4.2 密封模型33-34
• 2.4.3 理想粗糙表面的密封比压34-36
• 2.4.4 实际粗糙表面的密封比压36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 主密封接触的有限元分析37-48
• 3.1 有限元分析方法37-38
• 3.1.1 有限元方法的基本思想37
• 3.1.2 有限元软件介绍37-38
• 3.2 有限元接触力学分析方法38-41
• 3.2.1 接触副定义39
• 3.2.2 有限滑移和小滑移39-40
• 3.2.3 定义接触属性40
• 3.2.4 弹塑性控制方程40-41
• 3.3 密封结构有限元模型41-42
• 3.4 有限元结果验证42-43
• 3.5 操作工况下密封比压43-47
• 3.5.1 压力角影响43-45
• 3.5.2 密封宽度影响45-46
• 3.5.3 DMP/DJH变化规律46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 主密封泄漏评价与分析48-63
• 4.1 平均流动模型48-52
• 4.2 球面缝隙流动的泄漏量模型52-54
• 4.3 粗糙面承载能力分析54
• 4.4 阀门泄漏算例分析54-61
• 4.4.1 球阀泄漏模型构建54-55
• 4.4.2 阀座泄漏量标准55-56
• 4.4.3 各向同性表面泄漏量分析56-60
• 4.4.4 各向异性表面密封比压与泄漏量分析60-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第五章 硬密封锁渣阀试验研究63-66
• 5.1 试验方法63-64
• 5.2 试验结果64-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 本文研究工作总结66-67
• 6.2 本文工作展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：330410