基于有限元法的阀门力学与密封性能分析(2)

2013-06-14 陈天敏苏州纽威阀门股份有限公司

　　图6为座圈应力强度结果云图，可以看出，最大值产生在密封面上，值为267MPa，小于屈服强度值为275MPa，可认为是可接受的，但要注意的是，由于此值很接近屈服强度值，多次操作开关后，很容易造成密封面塑性变形，从而影响密封性能。图7为座圈的接触应力结果云图，可以看出，密封面上的应力布是不均匀的，在边缘线及附近处应力高，并且基本上达到80MPa以上，远大于所要求的密封比压，因此保证了密封的紧密度。图8为座圈Y向变形结果云图，可以看出，其Y向(即流道方向)变形量最大值为0.02mm，由于对称性，两座圈的相对变形量则为0.04mm。

图6 座圈应力强度

图7 座圈接触应力

图8 座圈Y向变形量

　　图9为闸板的应力强度结果云图，可以看出，闸板的最大应力强度值为249.6MPa，虽然小于屈服强度值275MPa，但已很接近屈服强度值。图10为闸板的滑动量结果云图(这里的滑动量定义：以座圈的密封面与闸板的接触面的中位线为起始位置，在指定的推力作用，闸板会有向下的移动位移)，可以看出，闸板会有与座圈量值为1.46mm的相对移动量。图11为闸板与密封面的间隙结果图，可以看出，接触面的大部分间隙为0，只有阀体座圈处变形大的区域会有很小的间隙，最大间隙值也仅为0.0035mm，不会影响密封性能。

图9 闸板的应力强度

图10 闸板的滑动量

图11 闸板与座圈密封面的间隙

5.结构优化思路

　　综上分析可知，在内压2MPa、闸板推力2280N(1/4倍总推力)作用下，闸板受到推力作用下，产生较高的应力值，同时会继续向下移动，挤压座圈产生很大的法向压缩应力，造成座圈的应力值也偏高，几乎逼近屈服强度值。这是因为闸板的推力，即所设计的扭矩偏大造成的。因此应该降低设计扭矩值同时又要保证座圈与闸板间的密封性能，这里给出结构优化技术思路。

　　1)初步选取多个扭矩值，从小值开始计算多个工况，直到满足密封性能即可(考察接触应力值适当大于密封比压即可)，并且各部件的强度及刚度符合要求，则此扭矩值为最佳值。

　　2)根据此扭矩值计算整个系统模型(可包括法兰、螺栓等其他部件)，考察各部件的强度与刚度，如果各部件的强度与刚度过于冗余，则可以进行结构优化。

　　3)优化方法既可以用试算法，也可以利用灵敏度分析方法进行，分析各设计参数对性能的影响程度，然后利用优化理论及结构优化软件进行最终的优化。