上海滬工閥門廠(集團)有限公司

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滬工閥門

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摘要:本文介紹了閘閥閥座受外壓作用的概念,並使用應力分析設計方法對閘閥閥座進行了應力強度校核。

關鍵詞閘閥閥座外壓應力分析

1 引言

閘閥是一種常用的截斷閥,用來接通或截斷管路中的介質,但不適于調節介質的流量。它的啓閉件(閥瓣)在垂直于閥內通道中心線的平面作升降運動,像閘門一樣截斷介質,故稱作閘閥。閘閥按其閥瓣結構形式可以分爲楔式彈性閘板、楔式剛性單閘板、楔式剛性雙閘板、平行剛性單閘板、平行雙閘板等。

下面以楔式剛性雙閘板爲例,具體的介紹一下閘閥閥座受力情況。

2 閘閥閥座受力分析

雙側密封式閘閥是通過增強閥瓣對閥座的推力而實現的,接觸壓力應大于進口流體的壓力。這種閘閥的缺點是,如果在冷態下閉合,後來進入熱態,閥瓣就會出現膨脹,于是形成閉合位置卡緊,當再次開啓閥門時就會遇到困難,這種情況就是俗稱的“下炕”。良好狀態的閘閥都是實現單側密封。平行式閘閥也只能與出口位置的閥座實現單側密封。標准的楔式閥瓣閘閥情況也一樣,壓力使進口側閥瓣變形,流體流過進口側閥瓣直至閥腔達到壓力平衡。由此引出出口處閥座受介質外壓作用而産生的強度問題。

實現單側密封的闡閥圖(圖 1)
圖 1 實現單側密封的闡閥

如圖 1 所示,介質進入閥體中腔後,作用于出口側(左側)的閥瓣,在左側閥座與閥瓣密封面處形成一個密封比壓,阻止介質的流通。同時介質作用于閥體與左側閥座之間的間隙,使左側閥座外側受到介質壓力的作用。在對左側閥座進行強度計算時,就是應對閥座受外壓的狀態進行分析,而使用規則設計的設計方法已經不能解決如此複雜的問題。在本文中采用分析設計的設計方法進行楔式雙閘板閥座的強度校核。

通過對閥座的受力分析可知,閥座與閥體焊接處爲固定約束,閥座外腔受到介質壓力的作用,閥座密封面處受到閥瓣的密封比壓的作用,詳細的受力情況如圖 2 所示。

閘閥閥座受力分析圖(圖 2)
圖 2 閥座受力分析

把實體模型轉入 ANSYS 中進行分析,選擇磚型六面體單元 Solid45,輸入材料的彈性模量和柏松比(如《表 1》所示),采用自由網格劃分模型,默認求解器求解,得出閥座的應力雲圖和應變雲圖。

《表 1》 材料爲 12Cr1MoV
彈性模量(MPa) 2.140e+006
柏松比 0.286
質量密度(Kg/mm2 7.86e-012
屈服拉伸強度(MPa) 255
極限拉伸強度(MPa) 470

由應力分析雲圖可知,閥座的最大應力出現在閥座內腔與閥座和閥體焊接連接處,閥座形狀在該位置變化較爲劇烈且存在尖角,應屬于峰值應力,在該處選取應力評定線,按 JB4732-95 的應力分類原則(如《表 2》所示)對應力評定線上的應力進行分類,得出評定線上的薄膜應力和彎曲應力,分別與限定值進行比較,即可得出閥座的設計是否合理。

《表 2》 各類應力強度的限制
類別 符號 計算值 限制值
一次薄膜應力 MEMBRANE Pm Sm
一次薄膜+彎曲應力 MEM+BEND Pm+Pb 1.5Sm

3 結論

通過應力分析設計方法可以對閘閥閥座進行應力強度校核,同時可以得出閥座設計是否合理。


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