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    保温夹套高温球阀密封优化改进方案

    2022-09-23 17:31:30  来源:SH

    保温夹套高温球阀密封优化改进方案

    保温球阀根据结构不同,有整体式、二片式、对夹式保温球阀等几种结构形式,广泛适用于化工、石油、制药、冶金等行业的系统管路中。以输送常温下会凝固的重油、胶类等高粘度介质。保温球阀是焊接在阀体上的金属夹套,在金属夹套内注入蒸汽、导热油、冷却水、空调等,使其能够到达阀体的介质。在常温、加热和冷却条件下所需的温度起到保温或冷藏的作用。保温球阀用于高粘度、蒸汽或其他热和低温保存介质,并在室温下固化,以确保阀门内部的介质正常工作。 

     

     

     首先我们要做的是清洗阀座的密封系统,将阀座的密封系统重新注脂,把阀腔清理干净,按照要求调整阀门限位,要多次开关阀门,以确保安全操作阀门,开关动作阀门3次,润滑阀杆、变速箱及所有需润滑的设备,测试阀座密封泄漏情况,检测阀门附件,法兰注脂口以及阀杆的泄漏情况,检查执行机构是否正常工作(包括汽液联动执行机构,电动执行机构,气动执行机构和其他执行机构),检查RTU阀室时着重检查气液联动执行机构及相关配套系统。*后对于检查中存在的问题进行处理和维修。

      所有夹套及阀体采用专用工艺及设备具有良好的保温保冷特性,且阀门的通径与管径一致,同时又能有效降低管路中介质热量损失。主要用于石油、化工、冶金、制药、食品等各类系统中,以输送常温下会凝固的高粘度介质。由于采用整体式结构,因而BQ41F球阀比一般球阀更小,重量更轻,且无外漏,密封性能良好,夹套采用碳素钢管焊接比铸造的更加耐压牢固。

    保温夹套高温球阀密封优化改进方案的特点和优点如下:

    1、开闭没有矛盾。这一特点彻底解决了传统阀门因密封面碰撞而影响密封的问题。

    2、顶部加载计划。安装在管道上的阀门可直接在线检测和维修,有效减少设备停车,降低成本。

    3、单阀座说明。除阀腔内介质因异常压力积聚而影响操作an全的疑虑。

    4、低扭矩说明。专门设计和描述的阀杆可以通过一个小手柄轻松打开和关闭。

    5、楔形密封方案。由于阀门依靠阀杆提供的机械力将球楔压在阀座上进行密封,因此阀门的密封性能不受管道内压差变化的影响,密封功能发挥作用。当然。在各种工作条件下。

    6、密封面自清洁方案。随着球体远离阀座倾斜,管道中的流体以360°均匀地通过球体的密封面。这不仅Q除了高速流体对阀座的侵蚀,而且积聚在密封面上,达到自洁的目的。

     

     

    保温夹套高温球阀密封优化改进方案密封性有限元分析

    利用计算机可以模拟工件的实际受力情况,对其位移、应力、应变进行分析,常用的分析方法有计算机有限元模拟分析[5]和流体模拟分析,分别利用两种分析方法对球体与阀座的弹性变形进行研究[11]。

    4.1  有限元模拟分析法[12]

    4.1.1  简化模型

    在进行有限元分析前,首先根据应力及变形的特点对模型进行简化。

    (1)阀体的刚度很大,变形量甚微,省略阀体结构分析。

    (2)球体由上、下轴进行固定,假定上、下轴刚度足够大,省略上、下轴的结构。

    (3)弹簧、O型圈和石墨密封圈对球体与阀座的接触无影响,可以省略。

    简化后的模型如图2所示。由于球体处于固定状态,可以单独进行分析,但阀座是浮动状态,不适合单独进行分析,球体与阀座组合分析更接近实际情况,因此分别对球体以及球体与阀座组件进行分析。

     

     

    4.1.2 保温夹套高温球阀密封优化改进方案 球体静态分析

    (1)建立新算例,选择静应力分析。

    (2)网格划分,选择基于曲率的网格,用可变化的单元大小来生成网格,有利于细小特征处获得精确的结果。网格密度采用较高等级,求解结果更精确,但是网格划分和求解时间较长,对电脑配置要求也较高。本示例模型尺寸较小,所以采用高精度网格,对于大规格模型建议采用软件默认的中等密度网格。

    (3)应用材料,球体基体材料设置为A182 F304。

    (4)添加载荷,所有与介质接触部位添加压强42MPa。

    (5)添加夹具,夹具设置为以上下轴孔承压面固定,符合实际情况。

    球体静态分析结果如图3所示。从分析结果可以看出,上轴孔位置应力集中,*大应力超过屈服强度,球面应力小,产生弹性变形,且变形不均匀,*大变形发生在水平球口位置,变形量约为0.01805mm。

     

     

    4.1.3 保温夹套高温球阀密封优化改进方案 球体、阀座组合静态分析

    (1)建立新算例,选择静应力分析。

    (2)网格划分规则与球体静态分析相同。

    (3)应用材料,球体与阀座基体材料设置为A182 F304,忽略密封副涂层。

    (4)设置连接,选择密封副设置全局接触,无穿透,摩擦系数为0.25。

    (5)添加载荷,所有与介质接触部位添加压强42MPA,阀座添加弹簧力1100N。

    (6)添加夹具方式与球体静态分析相同。

    球体、阀座组合分析结果如图4所示。从图中可以看出,球体上轴孔位置应力集中,*大应力超过屈服强度;球面应力小,产生弹性变形,并且变形不均匀;水平球口位置变形量为0.02116~0.02151mm,上、下位置变形量为0.01155~0.01639mm;阀座承受应力未超过屈服强度,同样产生弹性变形;密封面水平位置变形量为0.03571~0.03635mm,上、下位置变形量为0.02973~0.04044mm;阀座弹性变形可以弥补球体的弹性变形以实现密封。

     

     

    4.2 保温夹套高温球阀密封优化改进方案 流体模拟分析法

    流体模拟分析是以流体载荷加载对工件进行分析,必须要以球体、阀座组合,才能形成一个可容纳流体的空间。

    (1)设置向导,将介质设置为水或者气体,并设置密度等参数。

    (2)创建封盖,形成一个密闭空间。

    (3)设定边界条件,设置介质压力大小及方向。

    (4)设置目标。

    (5)运行。

    (6)将结果导出到Simulation。

    (7)新建Simulation应力分析。

    (8)设置材料。

    (9)设置自动查找相接触面组。

    (10)夹具设置同球体静态分析。

    (11)添加载荷,选择保存的流动效应。

    流体模拟分析结果如图5所示。球体上轴孔位置应力集中,*大应力超过屈服强度;球面应力小,产生弹性变形,并且变形不均匀;水平球口位置变形量为0.01273~0.01281mm,上下位置变形量为0.00912~0.00974mm;阀座承受应力未超过屈服强度,同样产生弹性变形,密封面水平位置变形量为0.02218~0.02284mm,上下位置变形量为0.01991~0.02408mm;阀座弹性变形可以弥补球体的弹性变形以实现密封。

    5保温夹套高温球阀密封优化改进方案 结语

    本文采用有限元模拟分析和流体模拟分析法,分别对金属密封固定球阀的球体以及球体与阀座组件进行分析,由于参数设置不同,分析结果有细微差别,但是分析结果趋势一致。针对高低温工况下,由于弹性变形所导致的泄漏,可以通过本文的方法得到一定的分析验证,为优化设计和工艺提供参考该球阀由于采用了蒸汽夹套保温,故即使外界温度降到零度以下,此阀仍操作灵活,保证输油管首能启能闭。其优点是其它控制阀所没有的,是重油输送管道理想的控制阀门。