氧气切断球阀有限元分析

2013-08-28 卓育成上海开维喜阀门集团

　　以实例介绍了在氧气切断球阀设计中，采用有限元方法对承压件阀体、球体、阀座、支撑板、阀杆的强度进行的分析，对阀座和球体变形进行计算，解决了承压件的强度和阀门密封的问题。

　　在传统性伐门的来设计中，在运算的办法的限定，就只能结合材料热学中作为的有些丰富经验公试来确定估测，这个的办法未能率先表现形式伐门的承载力状态下，也未能给的来设计人员管理高度肯定伐门的较弱过程和提高放向。近年来运算机高技术的转型和热学实际的转型，在伐门正个的来设计时间是中，采取有局限元剖析来确定检测值模型模拟就已经走势旺盛期。　　氢气掐断球阀密切用到于不同水电煤气化妝置甚至医药化工、石化机械、返排、矿冶、空分等该行业。由导电介质是氢气，一些的外透漏和内透漏都或许形成阵发性烧、爆管等加重责任。故而，对氢气掐断球阀的结构设计突出是搞定耐压件的效果和球阀封密的难题。　　我们以NPS14Class600特征研究分析，对氧割断不锈钢球阀抗压件的比强度和阀门法兰与球体弯曲变形实行有限的元研究分析。

1、氧气切断球阀承压件强度分析

　　有限公司英文元了解文件主要参数见表1。表1 有限制的元定性分析食材参数值有限元分析材料参数

1.1、阀体刚度十分有限元具体分析　　阀体的厚度一般说来选取规范标准ASMEB16.34还简化算出公式算出或查表。不过，二氧化碳锯断不锈钢球阀主阀体出入口与阀杆重合处是指具代表性的空间结构总的不接连，易引发的部分区域位应力应变应变分散。一起主阀体与副体选取俩个螺帽相连，螺帽孔边侧也易引发的部分区域位应力应变应变分散。往往，需注意有限公司元的方法对阀体的屈服强度展开认证。 1.1.1、许用热应力Sm真是定　　许用内应力Sm取σb/n1与σS/n2二者中的较小值，n1与n2依次是σb和σS的安全性高指数。　　取σb=552MPa，n1=2.6，则Sm=σb/n1=212MPa; 　　取σS=241MPa，n2=1.65，则Sm=σS/n2=146MPa; 　　取两种中较小的值：Sm=146MPa;1.5Sm=219MPa;3Sm=438MPa。 1.1.2、平面图形绘图及网格规划　　取主阀体和侧阀体身为确定物体，四者实现螺柱标准链接。在模板中实现无效率刚体及多一些约束性一并模拟系统螺柱标准固定不变主阀体与侧阀体。原因确定中所涉自动装配体的排斥深入分析，为着以及确定，有限责任元确定模板应用主阀体和侧阀体的1/4构造模板。主阀体和侧阀体网格分类，模块类行为Solid45，模块数为43779个，构件数为1143五类。 1.1.3、算出最终结果　　下页图1主阀体和副阀体在媒介压力差10MPa下的热载荷构造非常有限元测算云图。从下页图1可知道，主阀体与副阀体连接方式螺栓螺母孔表面带来热载荷一起情况。主阀体和副阀体应力强度有限元计算云图

图1 主阀体和副阀体热应力标准非常有限元折算云图 1.1.4、承载力考评　　在ASMEBPVC中，总结出了分折制作方式步骤，制作的合适性实现了解在很多制作外载荷系数下的型式个人行为来实施校核。并谈到基于弹力外壳不不间断原理，将弹力载荷场转化为单次、再次和基线3种各不相同的载荷，然后呢以相关联的载荷抗弯強度加速度来划分型式抗弯強度，该方式步骤能最准确分折阀体总布局载荷收集和总布局的型式抗弯強度。　　在ASMEBPVC中，格局程度的判断均按照弯曲承载力程度，即按第二程度理论研究求算格局当量程度：弯曲承载力程度是在给定向上最高主弯曲承载力和世界上最大主弯曲承载力的代数差，拉弯曲承载力为正，压弯曲承载力为负。　　刚性压力场可分解掉为两次压力、第首次压力Q、3次压力和基线压力。两次压力又可可分两次总的塑料膜压力PM、两次一部分塑料膜压力PL和两次拉伸压力Pb。要考虑到阀体所背负荷重是是非非时间间隔性的荷重，对阀体带来毁掉的是两次压力和第首次压力，基线压力的后果不可予要考虑，只能根据ASMEBPVC技术规范需要，只需要校核：　　(1)PM，校核判据能力：PM≤Sm; 　　(2)PL+Pb，校核判据要求：(PL+Pb)≤1.5Sm; 　　(3)PL+Pb+Q，校核判据要求：(PL+Pb+Q)≤3Sm。　　PM、PL、Pb和Q均按承载力比标准来工业制硝酸，且当以内3个承载力比标准校核判据能力同样满意，则可区分组成比标准防护。二氧化碳气锯断蝶阀主阀体和副阀体承载力鉴定然而见表2。表2 氧气瓶割断三通球阀主阀体和副阀体地应力综合评价最终结果

　　从表2能能知道，供氧打断蝶阀主阀体和副阀体设计是防护的。 1.2、球体难度局限元数据分析　　球体最主要必须弹簧片预紧力和物料气压(10MPa)生成的用处力。　　球体分为三维空间建模工艺工艺，网格确定单元尺寸尺寸分为Solid45，单元尺寸尺寸数为18407个，结点数为4449个。球体扯力屈服强度不足元算出云图见图2。从图2可分辨出，球体与阀杆接处所产生扯力集约化后果。球体应力强度有限元计算云图

图2 球体能力抗弯强度局限元计算云图　　校核判据经济条件：σ主要≤σs;σ主要=162MPa，σs=414MPa，考评导致应急。 1.3、阀块标准较少元定量分析　　阀球主要容忍扭簧预紧力、媒介压力差(10MPa)存在的使过度和球体的反使过度。　　阀门法兰进行二维模型场景最简单的方法，网格区划单园进行Solid45，单园数为2892七个，接点数为36356个。阀门法兰内刚度程度有局限元运算云图见图3。从图3可看得出来，阀门法兰抽真空面内刚度比较高。阀座应力强度有限元计算云图

图3 阀球应力比比强度有限的元换算云图　　校核判据环境：σ主要≤σs;σ主要=142MPa，σs=414MPa，评判成果安全卫生。 1.4、支撑体系板比强度是有限的元概述　　co2剪断阀门利用固定住球承重板框架，变成游co2各种压力的的功效于球体上，转矩进行承重板不能消解于阀体及管网上，不可以直接的的功效在阀杆上。阀杆在打开的时中只承担力矩，不承担弯矩，不断增加co2剪断阀门的在使用平均寿命。　　作为承受点板应用三维图建模制作技巧，网格界定单位应用Solid45，单位数为11894个，构件数为3194个。作为承受点板特定球体的前面孔180°为受压面，施加压力力为571015N。作为承受点板能力力度十分有限元核算云图见下页图4。从下页图4可发现，作为承受点板特定球体的前面孔处诞生能力集结状况。支撑板应力强度有限元计算云图

图4 承受板能力刚度有限制元来计算云图　　校核判据水平：σ极大≤σs;σ极大=109MPa，σs=241MPa，评估最后安全性高。 1.5、阀杆的强度非常有限元分享　　供氧断掉不锈钢球阀的阀杆通常可以抗住功率，想要阀杆的防护指数公式最少得超过2。　　阀杆用三维立体设计方案，网格界定单园用Solid45，单园数为23424个，结点数为5644个。是为了易于在键槽处弹出扭力，在阀杆外组成一的品质点，将的品质点与阀杆键槽表表面上的结点刚度和屈服强度相联，扭力弹出在的品质点上，接着传输到键槽表表面上。扭力增加为18200N·m。阀杆弯曲应力应变屈服强度有效元来计算云图见图5。从图5可知道，阀杆半园柱销孔边侧造成弯曲应力应变汇集的问题。阀杆应力强度有限元计算云图

图5 阀杆扯力构造局限元计算方法云图　　校核判据条件：σ较大 ≤0.5σs;σ较大 =197MPa，0.5σs=517MPa，评选最终安全卫生。

2、氧气切断球阀阀座和球体变形分析

　　O2切段不锈钢球阀良好的封闭性的根本目的是：在有机溶剂气压意义下，阀块材质造成的弯曲可能改正球体弯曲及球体的不圆度和低质度。统计假设A—阀块材质弯曲;B—球体弯曲;C—球体圆度误差率;调节阀良好的封闭性务必满足需要：A>B+C，A、B、C均为一定值。 2.1、球体断裂B测算球体变形B主要取决于球体球径SΦ，球体轴颈根部与球心距离L。因此球体变形是SΦ、L的函数，即：B=f(SΦ、L)。