胀缩式轻便闸阀的阀体是空间壳体结构,形状特殊,结构复杂,没有合适的理论上的解析公式进行强度计算,只能采用数值法进行求解。利用有限元法计算出阀体的应力与位移分布,进而验算阀体的强度。

阀体模型及网格划分

       阀体模型按照实际尺寸建立,同时为了简化模型,提高计算速度,模型中略去小的倒角以及凹沟(图5)。

图5 　阀体网格划分

边界条件

       在进行阀体强度验算时,取阀门强度试验压力作为工况条件。位移边界尺寸是将阀体两侧的接口外端面及阀体上部的阀颈外端面固定,限制其运动。力边界条件是将阀体内部施加均匀压力p=214MPa(阀门工作压力为116MPa)。

有限元分析

       有限元网格单元类型采用8节点块单元,材料的机械性能为Ex=70GPa,ε=0.133 。变形计算结果见图6, 应力计算结果见图7 。

图7 　应力分布结果

　   由变形计算结果图可知,阀体向两侧鼓出变形,最大变形发生在阀体的中心区域,中心最大变形为01061mm,最大变形区域的应力为1217MPa。由应力分布图可知,阀体的最大应力发生在阀体两侧中部加强筋外侧,最大应力为5416MPa。阀体材料采用高强度的铸铝材料(ZL205),〔σb）=437MPa, 阀体的强度满足要求。通过阀体强度试验证明,该闸阀的阀体强度和刚度都满足要求。

结语

       胀缩式轻便闸阀将普通闸阀的阀体和阀盖合为一体,同时将普通闸阀的阀座与阀门接口组合为一体,结构设计独特,设计的钢珠顶置式机械胀缩密封机构,具有密封可靠、闸阀密封面磨损小、使用寿命长和开闭阻力矩小等优点。该阀进行了壳体强度试验、双向液体密封试验、双向气体密封试验、6000次静压寿命试验、高低温环境适应性试验等多项试验,各项试验结果表明该阀性能优越。