生動(dòng)球閥密封比壓綜合
1、概述
COSMOSWORKS是徹底整合在SOLIDWORKS中的設(shè)計(jì)綜合零碎,它提供壓力、效率、束縛、熱量和優(yōu)化綜合等,為設(shè)計(jì)人員在SOLIDWORKS的條件下,提供了比擬完全的綜合目的。白文以生動(dòng)球閥的閥座為重點(diǎn)鉆研目標(biāo),所以在閥座的工事設(shè)計(jì)內(nèi)中中,閥座密書皮上總作使勁及密封比壓的劃算在理論設(shè)計(jì)中運(yùn)用的是教訓(xùn)或修改公式,利用現(xiàn)有目的,這兩種參數(shù)不易正確測(cè)出。經(jīng)過利用COSMOSWORKS無限元綜合硬件劃算模仿工況下生動(dòng)球閥的密封比壓,并與實(shí)踐的劃算公式繼續(xù)比照,為閥門的設(shè)計(jì)提供了絕對(duì)正確的參考。2、實(shí)業(yè)建模
以DN239mm,PN25MPa的生動(dòng)球閥設(shè)計(jì)為例。在SOLIDWORKS中率先對(duì)生動(dòng)球閥的各個(gè)零元件繼續(xù)實(shí)業(yè)建模,并對(duì)各零元件繼續(xù)組裝(圖1)。對(duì)拆卸體繼續(xù)干預(yù)審查,失去各整機(jī)之間無干預(yù)的拆卸體。
圖1 球閥實(shí)業(yè)建模3、無限元綜合3.1、密封機(jī)理
生動(dòng)球閥采納進(jìn)口密封(圖2),此時(shí)球閥壓差(P-P1)>0(P、P1為閥前和中腔的流體壓力)。當(dāng)壓差大到定然水平,即在密封副名義造成定然的壓緊比壓時(shí),此比壓將導(dǎo)致閥座彈塑性變形,填塞密書皮上的宏觀夾板氣度以阻止流體從密封副間經(jīng)過。當(dāng)壓差較小或閥座采納非金屬資料制作時(shí),依附壓差使不得達(dá)成徹底密封,此時(shí)務(wù)必另加一個(gè)密封外力,以加大壓緊比壓。依據(jù)作業(yè)壓力劃算密封所需的必須比壓qb的教訓(xùn)公式為qb=1.2PN=30MPa。為保障球閥密封牢靠,在圓球和閥座的接觸名義上應(yīng)有剩余的比壓,但不得勝于密封副資料的許用比壓[q]。實(shí)踐密封比壓q1為
圖2 球閥密封原理
q1=Q/S
式中Q———球閥密封力,N
P———公稱壓力,MPa
S———閥座密書皮的面積(S=7634),mm2
d2———閥座支持圈外徑(d2=290),mm
D2———閥座的外徑(D2=270),mm
D1———閥座的內(nèi)徑(D1=256),mm
代入各值,得出q1的值為40.17MPa。3.2、無限元?jiǎng)澦?br />
因?yàn)槊芊獗葔旱膭澦銉?nèi)中僅與圓球、閥座和閥座支承圈等零元件無關(guān),因而對(duì)其無限元綜合模子做了簡(jiǎn)化(圖3),那樣不僅奢侈了電腦資源,而且普及了劃算后果的正確性。經(jīng)過模仿事實(shí)工況,需劃算得出閥座支持圈與左右體相接觸的面上的壓力值Qs。
式中Q1———預(yù)緊力在閥座支持圈與左右閥體相接觸的面上的壓力,MPa
Q2———公稱壓力在閥座支持圈與左右體相接觸的面上的壓力,MPa
S1———閥座支持圈與左右閥體平行面的面積(S1=21189.26,可在SOLIDWORKS中間接測(cè)得),mm2
d1———閥座支持圈的內(nèi)徑(d1=239),mm
代入各值,得Qs的值為23.01MPa。
依據(jù)事實(shí)工況,在COSMOSWORKS中構(gòu)建一個(gè)靜力學(xué)綜合算例,并確定束縛載荷條件(①生動(dòng)圓球與上閥桿和底蓋相平行面。②限定閥座和閥座支持圈只能在軸向上靜止。③將Qs強(qiáng)加在閥座支持圈與左右閥體相接觸的面上,繼續(xù)網(wǎng)格化。④確定圓球和閥座支持圈的資料為35號(hào)鋼,閥座的資料為奧氏體不銹鋼,密書皮間無滑行(奧氏體不銹鋼的許用比壓[q]值為150MPa),點(diǎn)擊運(yùn)行,劃算后果如圖3c所示。
(a)綜合模子 (b)模子網(wǎng)格化 (c)模子劃算后果
圖3 無限元綜合3.3、提取后果
在閥座密書皮下等距獲取25個(gè)點(diǎn)(圖4),而后沿X位置順次探測(cè)這25個(gè)點(diǎn)的壓力值,再將探測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出Excel中繼續(xù)綜合(圖5),失去密封比壓在閥座密書皮上呈拋物線散布,其最大值在于閥座的內(nèi)徑處,為62.1MPa,最小值在于閥座中部,其值為40.16MPa。聯(lián)合閥門密封設(shè)計(jì)參數(shù)務(wù)必比壓qb(30MPa)和閥座資料的許用比壓[q](150MPa)。密封比壓的值在于qb和[q]之間,滿足了設(shè)計(jì)信條。
圖4 在閥座上取點(diǎn) 圖5 密封比壓在閥座密書皮上沿X位置的壓力散布4、煞筆
因?yàn)樵诿芊鈨?nèi)中中,閥座與圓球密書皮絕對(duì)生動(dòng),使不得靜止,故在受到預(yù)緊力和流體壓力后,密封環(huán)的內(nèi)徑軸向絕對(duì)于中部變形裕量小,受到的擠壓力較大。密封環(huán)的徑向絕對(duì)于中部變形裕量大,受到的擠壓力也絕對(duì)較小。另外,固然圓球與閥座接觸,但因?yàn)槊?xì)景象而有流體介質(zhì)存在,當(dāng)圓球沿流向有絕對(duì)靜止時(shí),圓球與閥座更加嚴(yán)密接觸,從密書皮邊緣到中部的流體介質(zhì)越來越少,因而密書皮邊緣處在介質(zhì)與圓球的雙重作用下,受力略大于密書皮中部。因而,在密書皮上密封比壓呈拋物線散布。在邊緣環(huán)面,因?yàn)槭茴A(yù)緊力、介質(zhì)強(qiáng)加力和非金屬圓球綜競(jìng)爭(zhēng)用,故產(chǎn)生有穩(wěn)定的變遷曲線,尤其在密書皮外徑處莫須有更大。因?yàn)槊?xì)景象的莫須有,取密書皮中部的密封比壓作為整個(gè)生動(dòng)球閥的密封比壓是正當(dāng)?shù)摹Ｒ罁?jù)圖5獲得密書皮中部的壓力值為40.16MPa,而實(shí)踐劃算的密封比壓值為40.17MPa。兩者之間的差值為0.01MPa,誤差<3%。可見用無限元?jiǎng)澦愕贸龅纳鷦?dòng)球閥的密封比壓的值是取信的。而且能夠徹底反映出密封比壓在整個(gè)閥座上的散布狀況,從而對(duì)整個(gè)閥門的設(shè)計(jì)提供了牢靠的設(shè)計(jì)根據(jù)。
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