固定球閥密封技術的比壓數值分析

   時間:2014-03-12 09:21:53
固定球閥密封技術的比壓數值分析簡介
1、概述COSMOSWORKS是完全整合在SOLIDWORKS中的設計分析系統,它提供壓力、頻率、約束、熱量和優化分析等,為設計人員在SOLIDWORK……
固定球閥密封技術的比壓數值分析正文

1、概述
COSMOSWORKS是完全整合在SOLIDWORKS中的設計分析系統,它提供壓力、頻率、約束、熱量和優化分析等,為設計人員在SOLIDWORKS的環境下,提供了比較完整的分析手段。本文以固定球閥的閥座為重點研究對象,因為在閥座的工程設計過程中,閥座密封面上總作用力及密封比壓的計算在實際設計中使用的是經驗或修正公式,利用現有手段,這兩種參數不易準確測出。通過應用COSMOSWORKS有限元分析軟體計算模擬工況下固定球閥的密封比壓,並與理論的計算公式進行對比,為閥門的設計提供了相對準確的參考。
2、實體建模
以DN239mm,PN25MPa的固定球閥設計為例。在SOLIDWORKS中首先對固定球閥的各個零部件進行實體建模,並對各零部件進行組裝(圖1)。對裝配體進行干涉檢查,得到各零件之間無干涉的裝配體。

3、有限元分析
3.1、密封機理
固定球閥採用進口密封(圖2),此時球閥壓差(P-P1)>0(P、P1為閥前和中腔的流體壓力)。當壓差大到一定程度,即在密封副表面造成一定的壓緊比壓時,此比壓將引起閥座彈塑性變形,填塞密封面上的微觀不平度以阻止流體從密封副間通過。當壓差較小或閥座採用金屬材料製作時,依靠壓差不能達到完全密封,此時必須另加一個密封外力,以加大壓緊比壓。根據工作壓力計算密封所需的必需比壓qb的經驗公式為qb=1.2PN=30MPa。為保證球閥密封可靠,在球體和閥座的接觸表面上應有足夠的比壓,但不得超過密封副材料的許用比壓[q]。理論密封比壓q1為
q1=Q/S
式中Q———球閥密封力,NP———公稱壓力,MPa
S———閥座密封面的面積(S=7634),mm2
d2———閥座支撐圈外徑(d2=290),mm
D2———閥座的外徑(D2=270),mm
D1———閥座的內徑(D1=256),mm
代入各值,得出q1的值為40.17MPa。3.2、有限元計算
由於密封比壓的計算過程僅與球體、閥座和閥座支承圈等零部件有關,所以對其有限元分析模型做了簡化(圖3),這樣不僅節約了計算機資源,而且提高了計算結果的準確性。通過模擬現實工況,需計算得出閥座支撐圈與左右體相接觸的面上的壓力值Qs。式中Q1———預緊力在閥座支撐圈與左右閥體相接觸的面上的壓力,MPa
Q2———公稱壓力在閥座支撐圈與左右體相接觸的面上的壓力,MPa
S1———閥座支撐圈與左右閥體接觸面的面積(S1=21189.26,可在SOLIDWORKS中直接測得),mm2
d1———閥座支撐圈的內徑(d1=239),mm
代入各值,得Qs的值為23.01MPa。
根據現實工況,在COSMOSWORKS中建立一個靜力學分析算例,並確定約束載荷條件(①固定球體與上閥桿和底蓋相接觸面。②限定閥座和閥座支撐圈只能在軸向上運動。③將Qs施加在閥座支撐圈與左右閥體相接觸的面上,進行網格化。④確定球體和閥座支撐圈的材料為35號鋼,閥座的材料為奧氏體不鏽鋼,密封面間無滑動(奧氏體不鏽鋼的許用比壓[q]值為150MPa),點擊運行,計算結果如圖3c所示。3.3、提取結果
在閥座密封面上等距獲取25個點(圖4),然後沿X方向依次探測這25個點的壓力值,再將探測數據導入Excel中進行分析(圖5),得到密封比壓在閥座密封面上呈拋物線分佈,其最大值處於閥座的內徑處,為62.1MPa,最小值處於閥座中部,其值為40.16MPa。結合閥門密封設計參數必須比壓qb(30MPa)和閥座材料的許用比壓[q](150MPa)。密封比壓的值處於qb和[q]之間,滿足了設計準則。4、結語
由於在密封過程中,閥座與球體密封面相對固定,不能運動,故在受到預緊力和流體壓力后,密封環的內徑軸向相對於中部變形裕量小,受到的擠壓力較大。密封環的徑向相對於中部變形裕量大,受到的擠壓力也相對較小。另外,雖然球體與閥座接觸,但由於毛細現象而有流體介質存在,當球體沿流向有相對運動時,球體與閥座更加緊密接觸,從密封面邊緣到中部的流體介質越來越少,所以密封面邊緣處在介質與球體的雙重作用下,受力略大於密封面中部。因此,在密封面上密封比壓呈拋物線分佈。在邊緣環面,由於受預緊力、介質施加力和金屬球體綜合作用,故產生有波動的變化曲線,尤其在密封面外徑處影響更大。由於毛細現象的影響,取密封面中部的密封比壓作為整個固定球閥的密封比壓是合理的。根據圖5取得密封面中部的壓力值為40.16MPa,而理論計算的密封比壓值為40.17MPa。兩者之間的差值為0.01MPa,誤差<3%。可見用有限元計算得出的固定球閥的密封比壓的值是可信的。而且可以完全反映出密封比壓在整個閥座上的分佈情況,從而對整個閥門的設計提供了可靠的設計依據。   

[固定球閥密封技術的比壓數值分析],你可能也喜歡

  • 滾動軸承應用技術
  • 無框鏡架裝配技術
  • 眼鏡裝配技術士
  • 音響裝配技術
  • 日本蠟燭圖技術
  • 固定式起重機結構
  • 固定式起重機結構圖
  • 螺絲鬆脫固定
  • 固定齒輪腳踏車
  • 包裝設計課程考試成績分析
  • 木工固定夾具
  • 開密封罐頭的方法
  • 波紋管密封閥
  • 門窗密封膠條
  • 門窗密封膠scope
  • 門縫密封條
  • 電腦數值控制器
  • 數值地圖是什麼
  • 什麼是能源因數值
  • 天堂數值模擬器
  • ro數值模擬計算機
  • solidworks動態模擬分析
  • 包裝結構設計分析
  • 創意包裝設計案例分析
  • 產品包裝設計分析
Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “固定球閥密封技術的比壓數值分析