满足苛刻工况的硬密封球阀的设计验证.docx

满足苛刻工况的硬密封球阀的设计验证摘要：基于具有强耐腐蚀性耐高温耐强气蚀介质颗粒硬度高等特点的苛刻工况下的硬密封球阀分析此类问题所遇到的技术难点及解决方案阐述了硬密封球网密封面材料配对及特殊的机加工工艺。再采用Solidworks软件建立阀体三维模型导入ANSYSworkbench平台考虑各种载荷影响进行静态结构分析。根据分析结果校核应力和应变是否满足材料的强度要求为阀体的结构优化设计提供理论依据。关键词：硬密封球阀阀体Workbench静态结构分析中图分类号：TH134文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）02（b）-0011-01普通球阀一般采用软密封阀座如聚四氟乙烯（PTFE）、增强型聚四氟乙烯（RPTFE）或其他高分子合成材料使用温度一般都不高且介质中不允许带颗粒或纤维成分要影响软使用寿命。在苛刻工况中根本无法使用。1.技术难点和解决方案（1）密封面硬度高：阀门启闭中介质里高硬度颗粒会镶嵌在球体表面和阀座密封面上从而破坏密封面影响整体密封性能。（2）密封比压高：采用金属材料为密封面所需密封比压比软密封要高很多在设计上保证适当的密封比压需要很高零件的形位公差和表面光洁度。（3）喷焊层结合强度高：带颗粒的介质在管线中流动速度很快因此球体密封面必须有较高的硬度和强度同时还要求喷焊的密封材料和基体材料有较高的结合强度防止喷焊层脱落。（4）自洁功能：某些介质有较强吸附性易粘在密封面上。启闭过程中破坏密封副影响密封性能大大缩短阀门使用寿命。（5）加工难硬密封球阀密封表面均采用超硬材料或表面硬化处理较难切削加工精度不好保证。针对上述分析结果在普通球阀的基础上作出结构设计和加工工艺上的改进（具体设计计算限于篇幅不述）（1）密封副材料配对：球体表面喷焊镍基WC与阀座密封面堆焊STL合金这种配对保证球体表面喷焊层硬度和厚度能满足高温、高压以及频繁开启的应用场合。由于采用了不同的材料配对及镍基合金本身具有高的耐磨性和较好的高温性能以及阀座密封面堆焊STL合金层较厚抗咬性好。适用于输送腐蚀性强、温度高及带颗粒的浆料、粉末等恶劣工况的介质。同时还解决了由于频繁开启而造成密封面之间的磨损。（2）双向密封：提高阀门密封性能为在线抢修提供保证。也保证了介质逆向流动时的密封性能防止介质倒流。（3）阀座碟形弹簧补偿结构：密封面采用金属材料所需密封比压比软密封要高得多从结构设计上保证提供适当密封比压显得尤为重要。所以采用“弹簧+阀座”的组合阀座结构通过高负载碟形弹簧提供初始预紧密封比压。采用碟形弹簧串联的组合设计方式解决金属材料高温时的线性膨胀影响即满足了碟形弹簧所提供的初始预紧力同时又解决了由于热膨胀所造成过大摩擦力矩的情形。既能满足低压情况下的密封性能又具有较高的密封剪切力使阀座与球体始终紧贴在一起具有“自洁”功能。另外在阀座的前、后都增加了“刮削刀刃”的设计在启闭过程中阀座刀刃对球面吸附物起到刮削作用排除因介质进入密封副之间而破坏密封面。（4）加工工艺：零件的加工精度对密封的可靠性提高是非常关键的所以球体喷涂WC前后都用专用的球面车床和球面磨床加工。阀座堆焊后采用数控机床加工。当球体和阀座达到一定精度要求时两者进行配对研磨。2.基于ANSYS的球阀阀体有限元分析验证在传统设计过程中由于受计算方法限制只能根据一些强度公式进行估算这不能全面反应阀体所受的应力状态也不能帮助设计人员找到应力集中的部位。随着计算机技术和有限元理论的发展在设计中可以用有限元分析进行数值仿真模拟根据仿真结果查看最大应力值校核是否满足材料的强度要求能很直观的看到应力集中的部位。（1）球阀的整体结构：球阀的整体结构是由球体阀体连接法兰启闭传动结构支撑结构密封结构等部分组成。阀体作为球阀的一个主要的组成部分其设计是否合理将会直接影响到整个球阀性能的优劣。3.结语通过建立阀体的三维模型导入ANSYS的workbench中进行静态结构的有限元分析可以很好的反映出介质流经阀体时候的应力和变形分布情况能够对阀体的结构设计是否满足强度要求提供校核手段。对于应力集中的密封面处在设计中需要着重考虑其结构形状使其能很好地满足应力和应变要求。在设计初期投入试制生产前采用有限元分析方法进行校核检查和发现问题及时对设计进行调整和改进。既可以缩短设计周期又可以节约成本因而对新产品的开发试制具有实际的指导意义。