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球阀壳体的有限元剖析

发布时间:2019-01-24 01:07:00 文章来源:四川省崇州市崇庆中学    

赵海琴 冯进

摘 要:运用三维设计软件设立了球阀壳体的三维实体模子,行使有限元剖析软件设立了球阀壳体结的有限元剖析模子并进行强度剖析,得出球阀壳体的最大应力和应力分布纪律,为球阀布局的安好公道设计和进一步优化奠基了优良的理论根本。

关头词:球阀;壳体;有限元剖析

中图分类号:TP311 文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2018)29-0007-02

Abstract: The 3D solid model of the ball valve shell is established using the 3D design software, the finite element analysis model of the ball valve shell junction is established using the finite element analysis software, and the strength analysis is carried out, and the maximum stress and the stress distribution law of the ball valve shell are obtained. It lays a good theoretical foundation for the safe and reasonable design and further optimization of the ball valve structure.

Keywords: ball valve; shell body; finite element analysis

球閥不仅布局简略、密封本能好、维修利便,并且它的旋塞体为球体,绕阀杆的轴线扭转90°便能急剧启闭,驱动力矩小,操作简捷。球阀在管道上首要用于割断、分派和变化介质起伏的偏向,设计成V形口的球阀还具有节流和把握流量的作用,被普遍的用于各行各业中。

球阀在现实使用中,因为事情的情况,必要蒙受庞大的压力,若是其强度不敷,很轻易开裂甚至产生爆炸,后果不胜假想,以是剖析其布局的安好性有着很是严重的作用。本文凭据设计的图纸设立了球阀壳体的三维模子,运用有限元剖析软件进行强度剖析,议决剖析了局剖断其是否餍足设计要求,以便为布局的优化改良供给理论的依据。

1 球阀壳体有限元模子的设立

球阀壳体设计压力是69.0MPa,它首要由阀体、阀盖、枢轴和顶法兰四局部议决上端M8螺栓、下端M6螺栓和右端1/2-13UNC螺栓联贯成一个总体,同时形成了3个相触面如图1所示。剖析壳体的强度必要从两个方面剖析,一是壳体自己的强度是否及格,二是螺栓联贯是否及格。基于有限元剖析有关理论和现实产物布局的纷乱性,平日会对模子进行简化,又由于球阀壳体布局上的对称性,其所受载荷匀称周向交代,故采用壳体的一半进行有限元剖析,以节约谋略时间,俭省资源。然后选取四面体单位进行网格划分,共发生单位总额16015个,节点总额26031个,设立的球阀壳体有限元网格模子如图2所示。

2 质料特征系数实在定

球阀壳体质料为不锈钢F53,螺栓质料为A479 UNS S32760,查阅资料可知其质料特征系数如表1。

3 加载前提实在定

加载前提首要包罗壳体界限前提的约束及载荷施加面实在定。球阀壳体布局选取了1/2实体模子,对称面上载荷也呈对称分布,在约束前提中需施加对称界限约束。凭据球阀现实使用工况,壳体的左端施加全约束。

球阀在事情中首要蒙受阀腔内匀称分布的69.0MPa的压力,按照API 6A尺度要求,我们选取1.5倍的事情压力(即静水压103.5MPa)和12.5MPa端面轴向压力进行剖析,螺栓的预紧载荷为275MPa,并联合现实使用工况,给3个相触面施加0.05摩擦力系数,因为壳体自己的重量不大,对模子剖析了局影响不大,能够忽视不计。

4 谋略的了局

具备了加载前提后,即可对模子进行谋略,求得该工况下壳体和螺栓的受力环境。壳体的应力、应变和变形的最大位移环境如图3和图4所示。3个相触面上每个螺栓受力环境如表2所示。

5 结论

(1)议决图3所示,球阀壳体在静水压1.5倍工况下,压力分布由内而外逐步减小,相符弹塑性力学理论的要求。壳体的外部安好区压力均小于46.3MPa,是安好系数最高的。壳体压力内部最大值是542.6MPa小于不锈钢F53质料的最大应许应力550MPa,按照API 6A尺度的要求,压力容器内壁最大等效应力小于质料的屈服强度,这讲明壳体自己的强度是相符要求的。

(2)议决图4所示,球阀壳体的最大位移为2.583×10-2mm,讲明壳体总体刚度餍足设计要求。

(3)议决表2和查阅有关资料可知M8、M6和1/2-13UNC螺栓的有用面积离别为36.60mm2、20.10mm2、91.54mm2,转换成最大螺栓应力离别为309.81MPa、317.41MPa、306.82MPa,又螺栓质料的屈服强度是550MPa,餍足API 6A尺度法则螺栓应力SA≤0.83Sy的要求,这讲明螺栓的强度餍足要求。

综上所述,议决螺栓联贯的球阀壳体强度餍足设计要求,安好系数也较高。在对壳体进行优化时,能够适当贬低壳体的壁厚到达贬低成本的效率。

参考文献:

[1]美国石油协会.井口装配和采油树设备规范[M].API 6A 20th,2010.

[2]成大先.机器设计手册(第五版).[M].北京:化学工业出书社,2008.

[3]文鸿基,陈文斌.高压节流阀壳体的有限元剖析[J].科技信息,2010(20):733.

[4]朱锦霞.基于ANSYS硬密封球阀的流固耦合剖析及尝试切磋[D].兰州:兰州理工大学,2016.

科技立异与应用 2018年29期

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