低溫球閥密封結(jié)構(gòu)研究范文

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《閥門(mén)雜志》2016年第5期

摘要：

分析了低溫球閥的密封原理，介紹了球閥的各部件三維實(shí)體模型與裝配體，論述了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模擬檢測(cè)密封部位的干涉情況。

關(guān)鍵詞：

低溫球閥;工作原理分析;運(yùn)動(dòng)仿真;密封

1概述

隨著液化天然氣(LNG)的廣泛應(yīng)用，在LNG的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、液化和氣化等工藝系統(tǒng)中均要用到低溫球閥，低溫球閥的結(jié)構(gòu)合理性將直接影響著工藝系統(tǒng)的正常可靠安全運(yùn)行。本文運(yùn)用三維建模軟件PRO/E建立了低溫球閥的裝配體，通過(guò)開(kāi)展機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模擬，檢測(cè)了密封部位的干涉情況，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了參考數(shù)據(jù)。

2密封結(jié)構(gòu)

以LNG用DN50超低溫球閥為研究對(duì)象。球閥為兩體浮動(dòng)球球閥(圖1)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性能良好，由于球體所承受的工作介質(zhì)壓力全部傳遞給了出口端閥座密封圈，因此，這種結(jié)構(gòu)只適用于中、低壓閥門(mén)。閥門(mén)的主閥體與副閥體之間用螺栓和螺母連接，閥座分別安裝在球體兩端的主閥體與副閥體的內(nèi)腔閥座孔內(nèi)。球體通過(guò)兩個(gè)固定閥座的支撐作用放置在閥體空腔內(nèi)。閥體、加長(zhǎng)外桿和連接盤(pán)通過(guò)焊接連接在一起。閥桿放置在加長(zhǎng)外桿內(nèi)，通過(guò)球體的支撐與對(duì)開(kāi)卡環(huán)的限制形成約束。連接盤(pán)與填料壓蓋用螺釘連接。連接盤(pán)中的填料在填料壓蓋螺釘?shù)臄Q緊作用力下，消除了連接盤(pán)與閥桿之間的間隙。球閥的密封性能主要有外密封和內(nèi)密封。外密封性能是指閥桿、對(duì)開(kāi)卡環(huán)與主閥體部位的密封，以及閥桿、填料與連接盤(pán)部位的密封。內(nèi)密封性能是指閥座與主閥體、副閥體的配合部位及球體與閥座之間的密封。當(dāng)閥門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)，介質(zhì)順利地從出口端流出。當(dāng)閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，球體右端擋住介質(zhì)的流入，在介質(zhì)的壓強(qiáng)作用下，球體本身能產(chǎn)生一定微量的位移，緊壓在出口端的閥座密封圈上，保證出口端密封(圖2)。

3檢測(cè)

3．1建模

采用三維建模軟件PRO/E建立球閥的各部件三維實(shí)體模型及裝配體。為實(shí)現(xiàn)閥門(mén)啟閉過(guò)程的運(yùn)動(dòng)仿真，在裝配體中考慮了零件的自由度，其中球體與閥桿均只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，并設(shè)為扁榫連接(圖3)。

3．2運(yùn)動(dòng)仿真

通過(guò)PRO/E運(yùn)動(dòng)分析模塊對(duì)球閥組件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析(圖4)，查看組件機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的完整性以及初步檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)內(nèi)密封副的干涉情況。(1)根據(jù)球閥裝配圖進(jìn)行球閥的組裝，在組裝過(guò)程中建立球體與閥桿兩個(gè)扁榫連接，并且將兩者建立約束，使其不能進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這樣組裝的機(jī)構(gòu)中只有唯一一個(gè)運(yùn)動(dòng)主體，保證了整個(gè)機(jī)構(gòu)的自由度為1。在設(shè)置機(jī)構(gòu)中的動(dòng)力裝置(即伺服電動(dòng)機(jī))時(shí)，只需定義1個(gè)動(dòng)力源，使機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)行，符合實(shí)際工作情況。(2)在創(chuàng)建伺服電動(dòng)機(jī)中，由于具有自由度的構(gòu)件只有球體與閥桿，且兩者之間不具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩者及其附屬部件都將統(tǒng)一為主體部分，其余部件為基礎(chǔ)部分。主體部分可根據(jù)定義的伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況運(yùn)行，而基礎(chǔ)部分則固定，即機(jī)架(圖5)。(3)由于本文的運(yùn)動(dòng)仿真僅涉及初步的干涉分析，暫不深入進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)分析，因此采用默認(rèn)設(shè)置，并不設(shè)置詳細(xì)的運(yùn)動(dòng)環(huán)境。(4)在設(shè)置機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)條件時(shí)，主要建立了主體的位置關(guān)系，以余弦函數(shù)為例，設(shè)置步長(zhǎng)A=90，偏移Φ=90，周期T=30(圖6)。主體運(yùn)動(dòng)部分為符合實(shí)際工作情況，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)設(shè)置總的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為15s，即半個(gè)周期，主體旋轉(zhuǎn)90°。(5)獲取分析結(jié)果，錄制運(yùn)動(dòng)干涉影像，并測(cè)量球閥內(nèi)密封結(jié)構(gòu)的干涉量對(duì)運(yùn)動(dòng)干涉檢測(cè)的影響進(jìn)行研究總結(jié)(圖7)。

3．3分析

根據(jù)球閥各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真過(guò)程及干涉檢查結(jié)果分析，獲得密封副干涉結(jié)果。

(1)在球閥運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，球體與閥座存在時(shí)間上的間接性干涉。說(shuō)明此時(shí)組件裝配尺寸有一定的間隙，并不是完全過(guò)盈狀態(tài)下。

(2)在進(jìn)行局部干涉測(cè)量時(shí)，并不能得到球體與閥座的相關(guān)干涉量值，也就是說(shuō)，在測(cè)量球體與閥座干涉量時(shí)，要對(duì)主體位置進(jìn)行一定的改變，即球體與閥座處在干涉情況下，才能測(cè)出干涉量值。

(3)在球體與閥座有間接性干涉的條件下，表明球體與閥座處于臨界接觸狀態(tài)，這與浮動(dòng)式球閥的密封原理相一致。

4結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用運(yùn)動(dòng)仿真模擬真實(shí)環(huán)境中模型的工作狀況，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)可能存在的機(jī)械干涉，可以對(duì)產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)性能及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行分析和判斷，以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷和潛在的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。從而提前對(duì)模型進(jìn)行完善，以避免設(shè)計(jì)后期對(duì)模型反復(fù)的修改，進(jìn)而縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，并降低生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)：

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作者:王建新 熊冬慶 高峰峰 吳斌 單位:江蘇神通閥門(mén)股份有限公司 環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心 南京林業(yè)大學(xué)