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

第7 期 ． J 7 一 基于S o l i d Wo r k s S i m u l a t i o n 的轨道式球阀 密封比压有限元分析 刘永 良，颜震，李峰，俞晓龙 北京航天长征机械设备制造有限公司，北京 1 0 1 1 1 1 [ 捐 5 要]基于S o l i d W o r k s S i m u l a t i o n j “ 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。 [ 关键词】有限元分析；轨道式球阀；密封比压；数值分析；应用 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1 0 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l 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9 0 。转动 。这时 阀杆下部扁面与销轴配 合 ，带动球体作9 0 。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9 0 。转 动，阀杆下部扁面与销轴配合 ，带动球体作9 0 。 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 。 卜阀体；2 - 阀座；3 - 球体；4 一 球体销轴5 一 阀盖； 6 一 下阀杆轴套7 - 上阀杆轴套；8 一 填料； 9 一 填料压套1 0 一 填料压板；i 卜阀杆导销；l 2 ～ 阀杆； 1 3 一 气动执行器输出轴；1 4 - 支架；1 5 - 气动执行器 图i 气动金属硬密封轨道式球阀结构 ● ● ● ● ● ● ● 。 ⋯。 ⋯● ● ● ● ⋯●● ● ●● ●⋯● ● ● ● ● ● ● ● ● ⋯● ● ● ● ● ● ● _ ● ⋯● ● ● ● ⋯● ● ● ● ● ● ● ● ⋯● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● - ‘‘● ● ● ● ●● ● ●。 ⋯●- ● ● ●． ． 作者简介刘永良 1 9 8 3 一。 男，山 东 潍坊人， 工程师 。主 要从 事阀门产品研发设计工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ． 2 0 ． ■ 论文广场 石 油 和 化 工 设备 2 0 1 4 年 第1 7 卷 从图7 a 、b 、c 曲线走势可以得出结论，在任 一 截面 ，密封 比压基本沿纵 向深入且逐渐 增大 ， 在靠近密封面内径处达到最大 。 2 - 3 ． 3密封性能判断 从 以上分 析结果可知，轨道式球阀密封面密 封 比压在 圆周方 向分布不均匀 ，在纵 向方向分布 也不均匀 ，所 以，传统的简化为受力点的工程计 算方法不合理也不准确 ，事实上 ，密封面 任意点 的局部密封 比压数值应处于图6 中两条曲线之间的 范围内。 由于模 型为对称结构 ， 0 0 。与 0 3 6 0 。处 数值相等 ， 0 9 0 。与 0 2 7 0 。处数值相等 ，因 此，从 图6 曲线可知 ，在 0 9 0 。和 0 2 7 0 。处密 封 比压相等且为 最小值 。由文 献[ 6 可知 ，密封 条 件为密封 比压大于必须 比压，因此，应 该以该截 面密封 比压为依据 ，来验算执行机 构选取 合理与 否 。 3结语 1 利用S o l i d Wo r k s S i mu l a t i o n 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S o l i d Wo r k s S i mu l a t i o n 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 。 ◆参考文献 [ 1 】 叶修梓 ，陈超祥主编． S o l i d Wo r k s S i mu l a t i o n 基础教程【 M】 ． 北京机械工业出版社， 【 2 】 刘军． S o l i d Wo r k s S i mu l a t i o n 边界条件设定方法[ J ] ． C A D／ C A M与制造业信息化，2 0 1 2 ， 3 6 0 ． 6 2 ． [ 3 】 陈永当，任慧娟，武欣竹． 基于S o l i d Wo r k s S i mu l a t i o n 的有 限元分析方法[ J ] ． C A D ／ C A M与制造业信息化，2 0 1 1 ， 9 4 8 ． 51 ． [ 4 】 陈敏，汤文成，张逸芳，赵春花． 阀门密封结构中超弹性 接触问题的有限元分析[ J ] ． 中国机械工程，2 0 0 7 ， 8 1 7 7 3 ． 1 7 7 5 ． [ 5 ] 周玮． 中高压法兰蝶阀阀体结构强度的有限元分析[ J ] ． 机械 设计与制造 ，2 0 1 0 ， 2 1 8 - 2 2 0 ． [ 6 ] 陆培文． 实用阀门设计手册 第2 版口 ．北京机械工业 出版社 ，2 0 o 7 ． 【 7 】 成大先． 机械设计手册 第五版【 M】 ． 北京化学工业出 版 社，2 0 0 7 ． [ 8 ] 邵洪，邓伟． 基于S o l i d Wo r k s S imu l a ti o n 的连杆杆身仿真优 化【 J 】 ． C AD ／ C A M与制造业信息化，2 0 1 1 ， 8 6 8 - 6 9 ． 【 9 】 李立顺，李红勋，孟祥德． 基于S o l i d Wo r k s S i mula ti o n 的随 车吊吊臂整体有限元分析[ J ] ． 制造业自动化，2 0 1 l ， 5 I 1 4 - l 1 5 ． 简讯 [ 本刊 讯]工业和信 息化部2 0 1 3 年 1 2 月3 1 日发布化工行业标准H G／ T 3 0 0 1 8 ． 2 0 1 3 化工 电气安全工作规 程，自2 0 1 4 年7 月1 日实施 。该标准 由中国石油和化学工业联合会提 出，中国石油和化学工业联合会安 全生产办公室、技术装备办公室归口。中国化工机械动力技术协会牵头组织四川泸天化股份有限公司、 巨化集团公司、南宁化工股份有限公司、大化集团有限责任公司、锦西天然气化工有限责任公司进行起 草。该标准已由化学工业出版社 出版 ，邮购 电话0 1 0 6 4 5 1 8 8 8 8 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m