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1、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、閥門(mén)專(zhuān)業(yè)知識-球閥密封性能有限元建模及加載

　　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。

3、結語(yǔ)

　　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。

產(chǎn)品訂購須知:

1.用戶(hù)已確定閥門(mén)類(lèi)型和型號（尤其是非標準型號）時(shí)，用戶(hù)應正確說(shuō)明其型號的含義和要求。

2.用戶(hù)應根據樣本所列產(chǎn)品型號進(jìn)行訂貨，如對產(chǎn)品項目有特別要求，請在訂單中說(shuō)明：

1）結構長(cháng)度2）法蘭標準3）閥門(mén)的結構形式：如通道全通徑或縮徑、體蓋連接形式4）閥門(mén)內件及對材料的其他要求5）壓力試驗、檢驗標準、標識及其他要求

3、當閥門(mén)使用的場(chǎng)合非常重要或環(huán)境比較復雜時(shí),請您盡量提供設計圖紙和詳細參數，由我們的專(zhuān)家為您審核把關(guān)

4.本公司可以根據用戶(hù)的特定要求配置電動(dòng)裝置,氣動(dòng)驅動(dòng)裝置。

5.本公司生產(chǎn)的各類(lèi)閥門(mén)可以滿(mǎn)足訂單規定的各項要求，產(chǎn)品出廠(chǎng)前均逐一按要求的相關(guān)標準進(jìn)行嚴格的檢驗和試驗。

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