基于SolidWorks Simulation的轨道式球阀密封比压有限元分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京航天长征机械设备制造有限公司 作者:刘永良

  基于SolidWorksSimulation有限元分析软件,对轨道式球阀密封比压进行了数值求解分析,得出了密封面密封比压分布规律曲线,可以此作为阀门密封性能验算和确定阀门执行机构规格的技术依据。轨道式球阀在动作中具有密封面无磨损的特点,且具有良好的密封性能,可实现硬密封零泄漏,主要应用于要求使用寿命长且需严格密封的场合。

  目前,在国内煤化工项目中,液氮洗单元普遍选用轨道式球阀,每个液氮洗单元需要轨道式球阀10余台。长期以来,国内市场上基本为进口产品,价格非常昂贵,售后不及时,出现故障得不到及时维修,用户损失较大。为此,轨道式球阀的国产化受到国内用户和阀门生产厂家的极大关注。

1、轨道式球阀的结构及工作原理

  气动金属硬密封轨道式球阀由阀体、阀盖、球体、阀杆、耳轴轴套、销轴、阀杆轴套、导向销钉及气动执行器等零部件组成,如图1所示。

  工作原理:气动执行器输出轴在气源压力作用下上下移动,当气动执行器输出轴向上移动,带动阀杆上升,此时导向销与阀杆上的螺旋槽直行程段限制阀杆只作上升运动,阀杆下部斜面与销轴配合,使球体先向左偏移角度,密封副脱离。阀杆继续上升,导向销与阀杆螺旋槽配合,使阀杆作90°转动。这时阀杆下部扁面与销轴配合,带动球体作90°旋转后,阀门开启。反之,当气动执行器输出轴下移,带动阀杆下降,此时导向销与阀杆的螺旋槽配合,使阀杆作90°转动,阀杆下部扁面与销轴配合,带动球体作90°转动后,球体密封面对正阀座密封面。阀杆继续下降,这时导向销限制阀杆只作下降运动,阀杆的下部斜面与销轴配合,产生楔紧力,带动球体压紧阀座,阀门关闭。阀杆仍可继续下降,对密封面继续施加强制密封力。

气动金属硬密封轨道式球阀结构

1-阀体;2-阀座;3-球体;4-球体销轴;5-阀盖;6-下阀杆轴套;7-上阀杆轴套;8-填料;9-填料压套;10-填料压板;11-阀杆导销;12-阀杆;13-气动执行器输出轴;14-支架;15-气动执行器

图1 气动金属硬密封轨道式球阀结构

  轨道式球阀的密封性能是评价阀门性能的重要指标。因轨道式球阀的密封由阀杆对球体局部的楔紧力来实现,导致密封面密封比压分布不均匀,致使真实密封比压难以描述和计算。本文基于SolidWorksSimulation有限元分析软件,对轨道式球阀密封比压进行了数值分析,实践表明,该方法分析过程简便,计算结果可较准确地反映实际受力情况。

3、结语

  (1)利用SolidWorksSimulation软件,对轨道式球阀进行密封比压数值分析,得到的结果显示,密封比压沿密封面圆周方向分布不均匀,在同一截面沿纵向分布也不均匀,且得到的曲线分布规律符合阀门密封面实际受力情况。通过试验证明,采用该分析方法选取或设计执行机构,满足阀门零泄漏的密封要求,因此,该分析方法合理、结果准确。该设计和分析方法同样可以为其他机械产品设计和分析提供借鉴,具有一定的工程实用价值。

  (2)通过对重点区域进行分析,绘制密封比压应力分布曲线,使设计人员更加直观地掌握密封面内部受力情况,从而全面地对产品进行评估,更加合理地选取或设计执行机构的规格。

  本文采用的数值分析方法,改变了传统设计理念,尤其适用在实际受力过程无法用理论精确计算的场合。基于SolidWorksSimulation的有限元分析方法,可以优化工作流程,大幅度缩短产品设计周期尤其是新产品的研发周期,降低设计成本,提高机械产品的综合性能,对促进煤化工专用阀门的发展有重要意义。

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