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商務(wù)合作:15867725552@163.com1、閥門(mén)專(zhuān)業(yè)知識-球閥密封性能概述 密封失效是閥門(mén)常見(jiàn)的失效形式之一。由于密封結構中包含復雜材料特性的密封元件,有限元求解過(guò)程中包含復雜的非線(xiàn)性接觸分析。密封結構在工作狀態(tài)中存在不穩定工況( 如溫度、壓力和密封介質(zhì)特性) 等,使采用有限元法進(jìn)行密封接觸分析涉及到幾何非線(xiàn)性和材料非線(xiàn)性等問(wèn)題。幾何非線(xiàn)性主要體現在接觸過(guò)程中接觸部位的準確確定從而正確地設置接觸對,材料非線(xiàn)性主要是指由于大多數密封件中
密封失效是閥門(mén)常見(jiàn)的失效形式之一。由于密封結構中包含復雜材料特性的密封元件,有限元求解過(guò)程中包含復雜的非線(xiàn)性接觸分析。密封結構在工作狀態(tài)中存在不穩定工況( 如溫度、壓力和密封介質(zhì)特性) 等,使采用有限元法進(jìn)行密封接觸分析涉及到幾何非線(xiàn)性和材料非線(xiàn)性等問(wèn)題。幾何非線(xiàn)性主要體現在接觸過(guò)程中接觸部位的準確確定從而正確地設置接觸對,材料非線(xiàn)性主要是指由于大多數密封件中通常會(huì )采用一些具備超彈性和粘彈性的非線(xiàn)性材料,如各種類(lèi)型的橡膠和工程塑料等。本文以球閥為例,對常溫下球閥的密封件進(jìn)行有限元接觸分析,獲得其接觸應力和接觸變形情況,檢驗校核聚四氟乙烯閥座是否符合強度要求和密封變形限制。
2.1、載荷計算
在實(shí)際工況下,球閥的球體在介質(zhì)壓強的作用下產(chǎn)生微小偏移量擠壓介質(zhì)出口端的閥座密封件,使得兩者密封面接觸(圖1) 。密封件受到閥體限制產(chǎn)生塑性變形,通過(guò)閥座端面將力傳遞到閥體,由于閥體與外接法蘭管件連接,受到固定作用,連接的端面產(chǎn)生對應的平衡,使整體處于平衡狀態(tài)。根據對實(shí)際工況下球閥密封狀態(tài)時(shí)力傳遞過(guò)程(圖2) 的分析可知,在閥門(mén)的密封狀態(tài),載荷即外界作用力主要包括介質(zhì)壓力、接觸壓力和端面壓力。由此可知,閥座的載荷理論值q 主要包括介質(zhì)壓力、接觸壓力和端面壓力。
圖1 閥門(mén)密封狀態(tài)
圖2 閥門(mén)密封狀態(tài)的力傳遞流程
根據DN50 球閥的設計數據可知,d = 54mm,D= 66mm,p = 2.5MPa。將各數值代入式(1) ,計算獲得載荷的理論值q = 6.25 MPa。
2.2、材料模型
在接觸分析中主要部件為球體和閥座。目前常用的閥座材料為PTFE,其材料力學(xué)性能較為穩定(表1) 。球體常用材料為304不銹鋼(表2) 。
表1 PTFE 材料的常溫(22℃) 力學(xué)性能
表2 304 不銹鋼常溫(22℃) 下的力學(xué)性能
PTFE相對于橡膠而言其塑性特征更明顯,通常呈現為雙線(xiàn)性隨動(dòng)強化特征,而且材料特性對溫度比較敏感。因此,對于研究所用的純PTFE 閥座,主要考慮其彈塑性特征,在有限元分析中采用雙線(xiàn)性隨動(dòng)強化材料模型模擬,在A(yíng)NSYS 中采用彈塑性實(shí)體模型Visco solid 8 node plas 107 單元進(jìn)行求解。定義PTFE材料密度為2100kg/m3,彈性模量為0.4GPa,屈服強度為18MPa,切向模量為120MPa,泊松比為0.35,取動(dòng)摩擦系數為0.15。由于閥體和球體均為304 不銹鋼,在常溫下其材料性能可用線(xiàn)彈性模型表示。在A(yíng)NSYS 中定義其材料彈性模量為195GPa,屈服強度為205MPa,密度為7 930 kg /m3,泊松比為0.294。
仿真分析是閥門(mén)設計的一種重要方式,可對產(chǎn)品的性能給出初步的評價(jià)。而基于經(jīng)典力學(xué)理論的常規設計計算方法由于其固有的局限性,滄海閥門(mén)(http://m.xyvtc.com)認為對于復雜幾何結構和多載荷作用下的計算是無(wú)能為力的,即使對簡(jiǎn)單邊界條件的結構,也會(huì )因為結構較復雜使得計算不準確,甚至與實(shí)際相差甚遠。因此,基于有限元法的數值模擬解決相對復雜的問(wèn)題,本文通過(guò)對常溫下球閥的密封件進(jìn)行有限元接觸分析,獲得了其接觸應力和接觸變形情況。分析結果表明,聚四氟乙烯閥座符合強度要求和密封變形限制。
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