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高压长输管线固定球阀有限元优化设计
发布时间:2022-01-06   点击次数:266次

 管道输送在我车发展的非常迅速,液体石油、天然气都是通过管道来输送,但是管道输送最关键的是防止气、油泄露,阀门是管道系统中的重要组成部分,它的质量直接影响气、油输送安全,所以保证阀门质量就显得尤为重要。阀门设计、制作过程均会影响阀门质量,所以在阀站优化设计中,有限元优化设计软件起到了至关重要的作用,给阀门质量提供了一定的保障。

1、高压长输管线固定球阀概述

(1)管道球阀的结构特点:

 球阀是输送管道系统中较为关健的部分,球阀在这个输送系统中扮演着重要角色。球阀在系统中能够发挥作用与它的结构特点存在很大的关系,通常情况下,球阀主要由阀体、球体、阀座、阀杆以及传转装置构成,而常用的管道球阀又由浮动球球和固定球两种结构。不同类型的球阀具有不同的结构特点,比如浮动球阀的球体是可以浮动的,如果受到压力的作用,球体会被压到出口一侧的密封圈上,这时候由于形成了单密封。这种球阀具有结构简单、单侧密封性好的特点,不过这种球阀的开启与斗闭合的力矩较大;然而,固定式球阀有上下转轴,因此球体可以沿着阀门垂直轴线进行转动,但它不能进行侧各连接阀体、三段式螺栓连接阀体以及顶装式阀体四种。

(2)管道球阀存在的问题:

 球阀在使用过程中很可能由于各种原因而存在一定的问题,通常情况下,常见的球阀问题主要体现在以下方面:a、球芯开关不到位。这个问题主要是说,当球阀的轴端刻线处于水平位置时,指示球阀关闭,但是由于长时间球芯磨损,所以导致阀杆与球体旋转不同步,这就引起了旋转误差;b、球芯表面镀铬处理不当。球阀制造时,通常在球芯表面镀铬,这样可以增强球芯的耐磨性和气密性,但是铬层孔隙较多,这使得在其表面直接镀铬防腐效果不佳,所以需要进行细致处理;c、阀座材料不适于管道球阀的使用工况。

(3)管道球阀结构形式的确定:

 管道球阀结构不仅决定了它的用途,而且在一定程度上影响着球阀的质量。所以在球阀制造过程中,一定要先确定球阀结构。三段式双向密封固定球阀具有较大的优越性,其流体阻力小,而且结构简单、重量轻、体积小、最关键是它的密封性好,因此三段式双向密封固定球阀在实际应用过程中较为常见。不过球阀生产与应用还要结合实际,根据生活中的使用需求来设计结构,只有这样子才能物尽其用。

3、有限元分析

(1)密封圈轴对称模形接触有限无分析:

 有限元方法的基本思路是以连续体离散化方法为载体,寻求满足条件的有效值。该方法解决问题主要通过求解联立方程组,解出数值与连续体中的离散点相近。在阀门设计优化过程中,主要利用有限元软件来实现,一个完整的有限元程序包含了前置处理、求解程序、后置处理以及时间历程后置处理等。在利用有限元求解问题的过程中,面临的关键问题就是如何将接触面条件适当引入球解过程。而且在有限元计算过程中涉及了几个重要的参数,包括节点荷载、单元应力、单元应变、位移函数,这几个参数都是有限元计算中非常重要的。

另外,阀门密封性问题分析时,需要建议有限元分析模型。阀门密封中涉及到密封圈问题,密封圈边界条件比较复杂,所以分析时应该进行整体分析,通常情况下要依据密封结构的几何形状,以及其它条件,可将密封圈分析模型可简化为对称模型。

4、结构耦合优化设计

(1)壳体计算:

 阀门是管道系统的重要组成部分,它承担着许多功能,如它在不同介质的压力、温度下进行开启、减压、调节等功能,因此阀门承压边界的完整性和安全性是需要着重考虑的问题。阀门设计时要加强对壳体材的计算,壳体计算时需要考虑壳体材料和厚度两因素。材料的好坏会直接影响制造工艺,质量以及成本,所以在选用壳体材料时,要结合地考虑多方面的因素,包括导热性能、工艺性能、耐腐蚀性以及热膨胀性等。阀体壁厚的计算是阀门设计的重要环节,通常情况下,壳体计算主要是根据提供的设计标准进行,但是因为阀体选材不在壳体壁厚规定的范围之内,所以只能通过计算来确定壁厚。

(2)优化设计:

 优化设计模型在解决实际问题中起着非常关键的作用,通常情况下确定设计变量、约束条件及目标函数之后就要以生成模型,通过数学模型计算相应的参数和变量。数值迭代是优化设计中常用的方法,其优化的基本思路是搜索、迭代、逼近。

 总而言之,阀门是管道系统中重要的部分,但同时阀门的质量直接影响了管道系统的运输安全,所以乐控仪表(杭州)有限公司在实际生产过程中,无论是阀门设计,还是阀门制造都是严格控制产品质量,在阀门设计中充分利用有限元优化方法来优化,给阀门质量提供更大的保障。


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