生动球阀密封比压综合
1、概述
COSMOSWORKS是彻底整合在SOLIDWORKS中的设计综合零碎,它提供压力、效率、束缚、热量和优化综合等,为设计人员在SOLIDWORKS的条件下,提供了比拟完全的综合目的。白文以生动球阀的阀座为重点钻研目标,所以在阀座的工事设计内中中,阀座密书皮上总作使劲及密封比压的划算在理论设计中运用的是教训或修改公式,利用现有目的,这两种参数不易正确测出。经过利用COSMOSWORKS无限元综合硬件划算模仿工况下生动球阀的密封比压,并与实践的划算公式继续比照,为阀门的设计提供了绝对正确的参考。2、实业建模
以DN239mm,PN25MPa的生动球阀设计为例。在SOLIDWORKS中率先对生动球阀的各个零元件继续实业建模,并对各零元件继续组装(图1)。对拆卸体继续干预审查,失去各整机之间无干预的拆卸体。
图1 球阀实业建模3、无限元综合3.1、密封机理
生动球阀采纳进口密封(图2),此时球阀压差(P-P1)>0(P、P1为阀前和中腔的流体压力)。当压差大到定然水平,即在密封副名义造成定然的压紧比压时,此比压将导致阀座弹塑性变形,填塞密书皮上的宏观夹板气度以阻止流体从密封副间经过。当压差较小或阀座采纳非金属资料制作时,依附压差使不得达成彻底密封,此时务必另加一个密封外力,以加大压紧比压。依据作业压力划算密封所需的必须比压qb的教训公式为qb=1.2PN=30MPa。为保障球阀密封牢靠,在圆球和阀座的接触名义上应有剩余的比压,但不得胜于密封副资料的许用比压[q]。实践密封比压q1为
图2 球阀密封原理
q1=Q/S
式中Q———球阀密封力,N
P———公称压力,MPa
S———阀座密书皮的面积(S=7634),mm2
d2———阀座支持圈外径(d2=290),mm
D2———阀座的外径(D2=270),mm
D1———阀座的内径(D1=256),mm
代入各值,得出q1的值为40.17MPa。3.2、无限元划算
因为密封比压的划算内中仅与圆球、阀座和阀座支承圈等零元件无关,因而对其无限元综合模子做了简化(图3),那样不仅奢侈了电脑资源,而且普及了划算后果的正确性。经过模仿事实工况,需划算得出阀座支持圈与左右体相接触的面上的压力值Qs。
式中Q1———预紧力在阀座支持圈与左右阀体相接触的面上的压力,MPa
Q2———公称压力在阀座支持圈与左右体相接触的面上的压力,MPa
S1———阀座支持圈与左右阀体平行面的面积(S1=21189.26,可在SOLIDWORKS中间接测得),mm2
d1———阀座支持圈的内径(d1=239),mm
代入各值,得Qs的值为23.01MPa。
依据事实工况,在COSMOSWORKS中构建一个静力学综合算例,并确定束缚载荷条件(①生动圆球与上阀杆和底盖相平行面。②限定阀座和阀座支持圈只能在轴向上静止。③将Qs强加在阀座支持圈与左右阀体相接触的面上,继续网格化。④确定圆球和阀座支持圈的资料为35号钢,阀座的资料为奥氏体不锈钢,密书皮间无滑行(奥氏体不锈钢的许用比压[q]值为150MPa),点击运行,划算后果如图3c所示。
(a)综合模子 (b)模子网格化 (c)模子划算后果
图3 无限元综合3.3、提取后果
在阀座密书皮下等距获取25个点(图4),而后沿X位置顺次探测这25个点的压力值,再将探测数据导出Excel中继续综合(图5),失去密封比压在阀座密书皮上呈抛物线散布,其最大值在于阀座的内径处,为62.1MPa,最小值在于阀座中部,其值为40.16MPa。联合阀门密封设计参数务必比压qb(30MPa)和阀座资料的许用比压[q](150MPa)。密封比压的值在于qb和[q]之间,满足了设计信条。
图4 在阀座上取点 图5 密封比压在阀座密书皮上沿X位置的压力散布4、煞笔
因为在密封内中中,阀座与圆球密书皮绝对生动,使不得静止,故在受到预紧力和流体压力后,密封环的内径轴向绝对于中部变形裕量小,受到的挤压力较大。密封环的径向绝对于中部变形裕量大,受到的挤压力也绝对较小。另外,固然圆球与阀座接触,但因为毛细景象而有流体介质存在,当圆球沿流向有绝对静止时,圆球与阀座更加严密接触,从密书皮边缘到中部的流体介质越来越少,因而密书皮边缘处在介质与圆球的双重作用下,受力略大于密书皮中部。因而,在密书皮上密封比压呈抛物线散布。在边缘环面,因为受预紧力、介质强加力和非金属圆球综竞争用,故产生有稳定的变迁曲线,尤其在密书皮外径处莫须有更大。因为毛细景象的莫须有,取密书皮中部的密封比压作为整个生动球阀的密封比压是正当的。依据图5获得密书皮中部的压力值为40.16MPa,而实践划算的密封比压值为40.17MPa。两者之间的差值为0.01MPa,误差<3%。可见用无限元划算得出的生动球阀的密封比压的值是取信的。而且能够彻底反映出密封比压在整个阀座上的散布状况,从而对整个阀门的设计提供了牢靠的设计根据。
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