热风阀温度场的有限元分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州理工大学 作者:张宝生

  介绍了热风阀阀板的有限元分析方法,探讨了阀门在关闭和开启时间内温度场对热风阀阀板的影响,验证了模拟分析结果与实际工况相吻合,说明了模拟分析有利于热风阀结构的改进。

1、概述

  热风阀是炼铁高炉热风炉系统的主要设备之一,长期工作在约1300℃的高温状态下,其阀板寿命直接关系到阀门的使用寿命。一般情况下热风阀的阀板均采用Q235B 的焊接件,内部通水进行冷却,外部浇注耐火材料。在实际使用中经常出现因阀板损坏而导致阀门损坏的情况。由于热风阀的传热过程包括热传导、热对流及热辐射3 种形式,属于复合传热,且阀门结构较复杂,材料种类多,传统的解析法很难得到准确的分析结果。本文主要通过有限元法对热风阀的温度场进行分析。

2、建立模型

  根据热风阀的实际工况条件,建立了4 种有限元模型。阀门开启时阀板换热模型( 图1) 、阀门关闭时阀板换热模型( 图2) 、阀门开启时阀板外水圈同外界的换热模型( 图3) 和阀门关闭时阀板外水圈同外界的换热模型( 图4) 。为了较真实的反应热风阀的工作状况,对其进行开启和关闭两种工况的分析。开启时间设为45 min,关闭时间设为90 min。为了计算简便,对模型进行了简化,并假设水道分布均匀。

热风阀温度场的有限元分析

图1 阀门开启时阀板传热模型

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图2 阀门关闭时阀板传热模型

热风阀温度场的有限元分析

图3 阀门开启时外水圈辐射传热模型

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图4 阀门关闭时外水圈辐射传热模型

3、网格划分

  采用自适应网格划分技术使整个模型自动分配网格形式,考虑前后处理加载方式及结果的精确性,对网格进行局部自定义( 图5、图6、图7) 。

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图5 阀门关闭时阀板有限元模型

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图6 阀门开启时阀板有限元模型

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图7 阀门外水圈有限元模型

4、结语

  通过建立有限元分析模型,根据阀门实际工况,考虑材料参数随温度变化的非线性,对热风阀的温度场进行了模拟和分析,得出的阀门失效形式和实效区域与实际使用情况一致,说明了模拟的准确性,为热风阀结构改进和质量提高创造了条件。

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