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法兰闸阀阀座受力分析

更新时间:2021-7-20 信息来源:法兰闸阀阀座受力分析

法兰闸阀阀座受力分析

       双侧密封式法兰闸阀是通过增强阀瓣对阀座的推力而实现的,接触的压力应大于进口管道内流体的压力。这种法兰闸阀的缺点是,如果是在冷态下闭合的,后来进入热态,阀瓣就会出现膨胀状态,于是形成闭合位置卡紧,当再次开启阀门时就会较为困难,这种情况就是被我们俗称的“下炕”。良好状态的法兰闸阀都是实现单侧密封。平行式法兰闸阀也只能与出口位置的阀座实现单侧密封。标准的楔式阀瓣法兰闸阀情况也一样,压力使阀内的进口侧阀瓣变形,流体流过阀内进口侧阀瓣直至阀腔达到压力平衡。因此来引出出口处阀座受介质外压作用而产生的强度问题。

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       介质进入阀体中腔后,作用于出口侧(左侧)的阀瓣,在左侧阀座与阀瓣密封面处形成一个密封比压,阻止介质的流通。同时介质作用于阀体与左侧阀座之间的间隙,使左侧阀座外侧受到介质压力的作用。在对左侧阀座进行强度计算时,就是应对阀座受外压的状态进行分析,而使用规则设计的设计方法已经不能解决如此复杂的问题。在本文中采用分析设计的设计方法进行楔式双闸板阀座的强度校核。

       通过对阀座的受力分析可知,阀座与阀体焊接处为固定约束,阀座外腔受到介质压力的作用,阀座密封面处受到阀瓣的密封比压的作用。


       把实体模型转入 ANSYS 中进行分析,选择砖型六面体单元 Solid45,输入材料的弹性模量和柏松比(如《表 1》所示),采用自由网格划分模型,默认求解器求解,得出阀座的应力云图和应变云图。

《表 1》 材料为 12Cr1MoV

弹性模量(MPa)

2.140e+006

柏松比

0.286

质量密度(Kg/mm2

7.86e-012

屈服拉伸强度(MPa)

255

极限拉伸强度(MPa)

470

        由应力分析可知,阀座的最大应力出现在阀座内腔与阀座和阀体焊接连接处,阀座形状在该位置变化较为剧烈且存在尖角,应属于峰值应力,在该处选取应力评定线,按 JB4732-95 的应力分类原则(如《表 2》所示)对应力评定线上的应力进行分类,得出评定线上的薄膜应力和弯曲应力,分别与限定值进行比较,即可得出阀座的设计是否合理。

《表 2》 各类应力强度的限制

类别

符号

计算值

限制值

一次薄膜应力

MEMBRANE

Pm

Sm

一次薄膜+弯曲应力

MEM+BEND

Pm+Pb

1.5Sm

 

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