生動球閥密封比壓綜合
1、概述
COSMOSWORKS是徹底整合在SOLIDWORKS中的設計綜合零碎,它提供壓力、效率、束縛、熱量和優(yōu)化綜合等,為設計人員在SOLIDWORKS的條件下,提供了比擬完全的綜合目的。白文以生動球閥的閥座為重點鉆研目標,所以在閥座的工事設計內中中,閥座密書皮上總作使勁及密封比壓的劃算在理論設計中運用的是教訓或修改公式,利用現有目的,這兩種參數不易正確測出。經過利用COSMOSWORKS無限元綜合硬件劃算模仿工況下生動球閥的密封比壓,并與實踐的劃算公式繼續(xù)比照,為閥門的設計提供了絕對正確的參考。2、實業(yè)建模
以DN239mm,PN25MPa的生動球閥設計為例。在SOLIDWORKS中率先對生動球閥的各個零元件繼續(xù)實業(yè)建模,并對各零元件繼續(xù)組裝(圖1)。對拆卸體繼續(xù)干預審查,失去各整機之間無干預的拆卸體。
圖1 球閥實業(yè)建模3、無限元綜合3.1、密封機理
生動球閥采納進口密封(圖2),此時球閥壓差(P-P1)>0(P、P1為閥前和中腔的流體壓力)。當壓差大到定然水平,即在密封副名義造成定然的壓緊比壓時,此比壓將導致閥座彈塑性變形,填塞密書皮上的宏觀夾板氣度以阻止流體從密封副間經過。當壓差較小或閥座采納非金屬資料制作時,依附壓差使不得達成徹底密封,此時務必另加一個密封外力,以加大壓緊比壓。依據作業(yè)壓力劃算密封所需的必須比壓qb的教訓公式為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有剩余的比壓,但不得勝于密封副資料的許用比壓[q]。實踐密封比壓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———閥座的內徑(D1=256),mm
代入各值,得出q1的值為40.17MPa。3.2、無限元劃算
因為密封比壓的劃算內中僅與圓球、閥座和閥座支承圈等零元件無關,因而對其無限元綜合模子做了簡化(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。經過模仿事實工況,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中間接測得),mm2
d1———閥座支持圈的內徑(d1=239),mm
代入各值,得Qs的值為23.01MPa。
依據事實工況,在COSMOSWORKS中構建一個靜力學綜合算例,并確定束縛載荷條件(①生動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強加在閥座支持圈與左右閥體相接觸的面上,繼續(xù)網格化。④確定圓球和閥座支持圈的資料為35號鋼,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),點擊運行,劃算后果如圖3c所示。
(a)綜合模子 (b)模子網格化 (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個點(圖4),而后沿X位置順次探測這25個點的壓力值,再將探測數據導出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徑處,為62.1MPa,最小值在于閥座中部,其值為40.16MPa。聯合閥門密封設計參數務必比壓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,滿足了設計信條。
圖4 在閥座上取點 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
因為在密封內中中,閥座與圓球密書皮絕對生動,使不得靜止,故在受到預緊力和流體壓力后,密封環(huán)的內徑軸向絕對于中部變形裕量小,受到的擠壓力較大。密封環(huán)的徑向絕對于中部變形裕量大,受到的擠壓力也絕對較小。另外,固然圓球與閥座接觸,但因為毛細景象而有流體介質存在,當圓球沿流向有絕對靜止時,圓球與閥座更加嚴密接觸,從密書皮邊緣到中部的流體介質越來越少,因而密書皮邊緣處在介質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,因為受預緊力、介質強加力和非金屬圓球綜競爭用,故產生有穩(wěn)定的變遷曲線,尤其在密書皮外徑處莫須有更大。因為毛細景象的莫須有,取密書皮中部的密封比壓作為整個生動球閥的密封比壓是正當的。依據圖5獲得密書皮中部的壓力值為40.16MPa,而實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%。可見用無限元劃算得出的生動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閥座上的散布狀況,從而對整個閥門的設計提供了牢靠的設計根據。
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