硬密封球阀密封性能分析及优化
发布时间：2021-01-02 23:32
球阀主要用于管道系统中来分配、切断和改变介质流向。近年来,由于球阀的结构比较简单、密封性能好,在公称尺寸一样时,通过与其它阀门对比球阀所占据的体积小、质量轻、材料的损耗最小以及低扭矩、大流量的特点而被迅速发展。在阀门性能指标中密封性能尤其重要。对于固定硬密封球阀,其密封原理是球体的表面与阀座形成密封表面,从而使管道中的介质不能通过密封表面的密封状态。密封表面的密封效果取决于密封表面的质量、密封表面的宽度、密封表面的内外压力差、密封表面的比压、密封表面的材料、流体介质的性质、封表面上是否存在油脂等影响。在实际工况下球阀正常工作时,由于介质流体的压力和温度变化的影响,可能会发生不同程度的变形。如果变形的位置出现在密封表面,并且变形破坏了密封的必要条件,则密封将失效。对于硬密封球阀在使用过程中的泄漏和失效问题,本课题以优化硬密封球阀密封性能为主线,选取影响密封性能的因素以优化球阀主密封结构密封间隙值为目标。所以,本课题主要做了以下工作:1.介绍硬密封球阀的研究背景及意义,详细阐述了硬密封球阀的发展趋势和国内外研究现状,概述了密封原理、接触问题及有限元分析、密封泄漏模型的研究。最后论述了本课题...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型固定球阀结构简图
工程硕士学位论文3图1.1典型固定球阀结构简图图1.2典型浮动球阀结构简图GB/T21465-2008标准“阀门术语”中定义的球阀（在海洋和海洋领域中称为截止阀）[17]：打开/关闭元件（球）由球阀杆驱动并绕阀杆的轴线旋转90°来启闭。当球阀滑阀为V形时则用于调节管道中介质的流量。按照球体的固定结构，球阀可分为固定式球阀和浮动式球阀。典型结构图如图1.1、图1.2所示。1.2.2简述结构优化设计在20世纪60年代优化设计开始发展，并伴随着计算机技术的发展而不断得到改进[19]。在给定约束条件下的优化设计采取一定的措施将实际的设计问题解决为优化问题，进一步通过优化理论和方法融入到软件中开始自动优化计算，从而在满足约束条件的预选方案中进行选择。选择最恰当的设计方案可以给工程和产品的研发提供相对较为准确的科学设计方法，在一定程度上提高工程或产品的设计水平和设计周期[20]。优化设计在机械设计方向上可以扩展为机械优化设计。解决方案的想法是基于工程设计的数学理论，根据相关的机械设计理论，然后通过数学编程方法和计算机优化寻找最佳实际问题解决方案[21]。另外，近几年来随着有限元相关理论和方法的开发和最新计算技术的快速发展，使得结构优化设计逐渐从传统的静态设计向动态设计缓慢转变，使得产品并不只是需要刚度、强度和稳定性等方面满足设计要求，而且要拥有优异的结构动力学[22-24]。目前，机械结构优化设计发展的方向主要包括：从单因素优化发展为多因素优化[25-26]，从尺寸优化发展到拓扑优化、材料优化和形状优化的优化、以及从确定性到随机结构优化三者的静态集成[27-28]。从材料、几何形状、接触线性问题到非线性问题[29]，以及多学科优化、结构优化建模、可靠性问题、结构重新分析和灵敏度分析、遗传算法、神经?
表示密封图特征曲线的方程式。得出圆周加工表面的密封过程显示出不同的阶段：第一阶段（在较小的紧固力下），这些表面的泄漏率高于均匀粗糙表面的泄漏率；第二阶段（在较高的紧固力下），圆周加工表面的泄漏率明显低于均匀表面的泄漏率；在特定条件下，可能存在第三阶段，其中电导是恒定的。对于螺旋加工的表面，将螺旋路径的曲线添加到相应的同心加工的表面的密封图中。Roth[84]总结了密封过程中可能发生的各个阶段，并建立了紧固曲线、释放曲线用来调节正常密封阶段的特征。定义了密封能力和紧固指数的概念，并建立了如图1.3所示的泄漏通道模型。总结或讨论了表面粗糙度、波纹度局、部缺陷（划痕）、密封宽度和氦气压力的大小对轮廓的影响。总之，提出了一种概念、图形和方程式来表达密封的作用，并提出了一种将其用作图1.3泄漏模型通道分类和分类基础的方法。周鑫[85]基于Roth模型，建立了一种计算分子流态泄漏
【参考文献】：
期刊论文
[1]输气管道球阀结构特点及密封失效原因[J]. 张福坤,艾勇,王晔. 油气储运. 2016(01)
[2]金属对金属密封组件的有限元分析与试验研究[J]. 崔晓杰,张瑞,韩峰,马兰荣. 石油机械. 2014(08)
[3]我国电力阀门现状及发展前景[J]. 宋银立. 通用机械. 2014(07)
[4]基于参数化的CAD/CAE摩擦焊机主轴箱多目标优化[J]. 杜勇,辛舟,赵士杰,张德鹏. 组合机床与自动化加工技术. 2014(05)
[5]机械结构优化设计研究应用及前景展望[J]. 刘世庚,张德珍,徐淑琼. 科技视界. 2014(16)
[6]耐磨球阀密封性能优化方案[J]. 孟磊. 乙烯工业. 2014(01)
[7]基于CFD的球阀三维流场数值模拟[J]. 张生昌,张玉林,方志明,柯愈龙. 排灌机械工程学报. 2013(02)
[8]水压轴向柱塞泵内部空化流动数值模拟[J]. 翟江,赵勇刚,周华. 农业机械学报. 2012(11)
[9]新型双向硬密封旋球阀密封性能的有限元分析[J]. 雷吉平,鄂加强,陈健美,张银,曾恩齐,陈浩泽,刘浩,郭林,粟键鑫. 中南大学学报(自然科学版). 2012(04)
[10]基于CAE分析的机械结构优化设计[J]. 胡桂川,刘敬花. 机械设计与研究. 2011(03)
博士论文
[1]硬密封高温耐磨球阀关键技术研究[D]. 刘汇源.浙江大学 2008
硕士论文
[1]煤化工金属球阀主密封结构密封性能研究[D]. 肖定浩.浙江理工大学 2015
[2]三维摩擦接触问题数值解法及工程应用[D]. 高云开.同济大学 2007
[3]变速输纸机构性能分析与研究[D]. 常洁.西安理工大学 2007
[4]浮动球阀的密封比压分析[D]. 高扬.兰州理工大学 2006
[5]汽车部分组件有限元建模及其评价技术的研究与实践[D]. 张勇.重庆大学 2005
本文编号：2953859
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型固定球阀结构简图
工程硕士学位论文3图1.1典型固定球阀结构简图图1.2典型浮动球阀结构简图GB/T21465-2008标准“阀门术语”中定义的球阀（在海洋和海洋领域中称为截止阀）[17]：打开/关闭元件（球）由球阀杆驱动并绕阀杆的轴线旋转90°来启闭。当球阀滑阀为V形时则用于调节管道中介质的流量。按照球体的固定结构，球阀可分为固定式球阀和浮动式球阀。典型结构图如图1.1、图1.2所示。1.2.2简述结构优化设计在20世纪60年代优化设计开始发展，并伴随着计算机技术的发展而不断得到改进[19]。在给定约束条件下的优化设计采取一定的措施将实际的设计问题解决为优化问题，进一步通过优化理论和方法融入到软件中开始自动优化计算，从而在满足约束条件的预选方案中进行选择。选择最恰当的设计方案可以给工程和产品的研发提供相对较为准确的科学设计方法，在一定程度上提高工程或产品的设计水平和设计周期[20]。优化设计在机械设计方向上可以扩展为机械优化设计。解决方案的想法是基于工程设计的数学理论，根据相关的机械设计理论，然后通过数学编程方法和计算机优化寻找最佳实际问题解决方案[21]。另外，近几年来随着有限元相关理论和方法的开发和最新计算技术的快速发展，使得结构优化设计逐渐从传统的静态设计向动态设计缓慢转变，使得产品并不只是需要刚度、强度和稳定性等方面满足设计要求，而且要拥有优异的结构动力学[22-24]。目前，机械结构优化设计发展的方向主要包括：从单因素优化发展为多因素优化[25-26]，从尺寸优化发展到拓扑优化、材料优化和形状优化的优化、以及从确定性到随机结构优化三者的静态集成[27-28]。从材料、几何形状、接触线性问题到非线性问题[29]，以及多学科优化、结构优化建模、可靠性问题、结构重新分析和灵敏度分析、遗传算法、神经?
表示密封图特征曲线的方程式。得出圆周加工表面的密封过程显示出不同的阶段：第一阶段（在较小的紧固力下），这些表面的泄漏率高于均匀粗糙表面的泄漏率；第二阶段（在较高的紧固力下），圆周加工表面的泄漏率明显低于均匀表面的泄漏率；在特定条件下，可能存在第三阶段，其中电导是恒定的。对于螺旋加工的表面，将螺旋路径的曲线添加到相应的同心加工的表面的密封图中。Roth[84]总结了密封过程中可能发生的各个阶段，并建立了紧固曲线、释放曲线用来调节正常密封阶段的特征。定义了密封能力和紧固指数的概念，并建立了如图1.3所示的泄漏通道模型。总结或讨论了表面粗糙度、波纹度局、部缺陷（划痕）、密封宽度和氦气压力的大小对轮廓的影响。总之，提出了一种概念、图形和方程式来表达密封的作用，并提出了一种将其用作图1.3泄漏模型通道分类和分类基础的方法。周鑫[85]基于Roth模型，建立了一种计算分子流态泄漏
【参考文献】：
期刊论文
[1]输气管道球阀结构特点及密封失效原因[J]. 张福坤,艾勇,王晔. 油气储运. 2016(01)
[2]金属对金属密封组件的有限元分析与试验研究[J]. 崔晓杰,张瑞,韩峰,马兰荣. 石油机械. 2014(08)
[3]我国电力阀门现状及发展前景[J]. 宋银立. 通用机械. 2014(07)
[4]基于参数化的CAD/CAE摩擦焊机主轴箱多目标优化[J]. 杜勇,辛舟,赵士杰,张德鹏. 组合机床与自动化加工技术. 2014(05)
[5]机械结构优化设计研究应用及前景展望[J]. 刘世庚,张德珍,徐淑琼. 科技视界. 2014(16)
[6]耐磨球阀密封性能优化方案[J]. 孟磊. 乙烯工业. 2014(01)
[7]基于CFD的球阀三维流场数值模拟[J]. 张生昌,张玉林,方志明,柯愈龙. 排灌机械工程学报. 2013(02)
[8]水压轴向柱塞泵内部空化流动数值模拟[J]. 翟江,赵勇刚,周华. 农业机械学报. 2012(11)
[9]新型双向硬密封旋球阀密封性能的有限元分析[J]. 雷吉平,鄂加强,陈健美,张银,曾恩齐,陈浩泽,刘浩,郭林,粟键鑫. 中南大学学报(自然科学版). 2012(04)
[10]基于CAE分析的机械结构优化设计[J]. 胡桂川,刘敬花. 机械设计与研究. 2011(03)
博士论文
[1]硬密封高温耐磨球阀关键技术研究[D]. 刘汇源.浙江大学 2008
硕士论文
[1]煤化工金属球阀主密封结构密封性能研究[D]. 肖定浩.浙江理工大学 2015
[2]三维摩擦接触问题数值解法及工程应用[D]. 高云开.同济大学 2007
[3]变速输纸机构性能分析与研究[D]. 常洁.西安理工大学 2007
[4]浮动球阀的密封比压分析[D]. 高扬.兰州理工大学 2006
[5]汽车部分组件有限元建模及其评价技术的研究与实践[D]. 张勇.重庆大学 2005
本文编号：2953859
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