陶瓷球阀球芯的强度分析及开裂研究

发布时间：2019-09-17 20:16

【摘要】：阀门是流体输送系统中的控制部件,在日常生活和国民生产中都不可或缺。阀门分类的方式很多,其中球阀在短短60年时间里,已发展成为一种主要的阀类,随着最近十几年材料、设计及制造工艺等方面的彻底革新,陶瓷球阀以其耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优异的性能得到越来越广泛的应用。然而在恶劣的工况下长期使用,球芯在反复开关过程中和介质的不断冲刷下都有可能出现损伤,引起开裂,导致球阀泄漏,甚至发展成为危及人们生命财产安全的重大事故。因此对陶瓷球阀强度和开裂的研究十分必要。本文首先运用有限元方法建立了陶瓷球阀的模型,计算出了陶瓷球阀的密封比压,并结合数值分析中的“二分法”对满足密封比压要求的预紧力进行了计算,找出了一种计算预紧力的途径,能够有效地提高球阀的密封性能,延长球阀的使用寿命。然后运用有限元方法对不同工作压力下的陶瓷球阀进行计算,分析陶瓷球阀分别在关闭与开启状态时球芯的最大von Mises应力,并对陶瓷球阀强度是否安全进行评定。最后运用有限元方法对含内裂纹的陶瓷球阀进行计算,分析在裂纹深度一定,裂纹长度改变时和裂纹长度一定,裂纹深度改变时裂纹前缘应力强度因子的变化规律,得到的计算结果表明,裂纹深度是决定裂纹前缘应力强度因子大小的重要因素。本文对满足陶瓷球阀密封比压要求的预紧力计算在球阀设计时能够提供有价值的参考,从而有效地提高球阀的密封性能,延长球阀使用寿命。运用有限元方法对陶瓷球阀强度和内裂纹的计算可以判断其安全状况及裂纹的扩展情况。
【图文】：

陶瓷球阀分为浮动式球阀和固定式球阀[23]，本文仅针对浮动陶瓷球阀阀芯及阀座处的密封[24]进行研究，陶瓷球阀一般采用硬密封，即球芯和阀座均为陶瓷材料，实物图如下图 2-1 所示。

陶瓷球阀球芯与陶瓷阀座构成球阀内的密封结构[26]，，密封结构简图如下图 2-2 所示，球阀在关闭状态时，球芯在流体压力和预紧力的共同作用下，使密封副（球芯和阀座）相互靠近、接触以减小或消除密封面之间的间隙从而实现密封。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH134;TQ174.7

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本文编号：2537067