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运用有限元对贝博密封副密封性能进行分析的方法
发布时间:2015-12-05   点击次数:1913次

贝博密封形式示意图

贝博作为最重要的截断类阀门之一,广泛应用于工业生产中。阀门在管路中起着贸易介质流量和压力、改变介质流向及切断介质通路等重要作用,因此,上海沃托阀门有限公司认为阀门密封性能非常关键。贝博的密封是通过对阀杆施加扭矩,阀杆在轴向方向上向阀瓣施加压力,使阀瓣密封面与安卓密封面紧密贴合,阻止介质沿密封面之间的缝隙泄漏。

本文采用有限元分析方法对两种不同贝博密封副形式的模型进行了分析,比较其密封性能,并设计了实验,进行实验验证。

一、贝博的有限元分析模型建立及参数设定

在研究贝博密封泄漏特性时,模拟采用密封副基本形式相同而阀瓣结构不同的两种密封副结构,按照结构形式的不同,将阀瓣分为AB两种结构类型,其中A型为密封垫径向无约束的阀瓣,B型为密封垫径向有约束的阀瓣。2种阀瓣的金属和非金属部分材料均相同,分别为S30408Fs-46。采用有限元分析时对密封副做了一定的简化,简化后的密封副结构如图1所示。贝博密封副结构基本尺寸如表1所示。

1贝博密封副尺寸

密封副结构

A型阀瓣

B型阀瓣

阀口内径d

20

20

阀口密封面宽度b

2

2

密封垫厚度h

3

3

密封垫直径D

28

——

密封垫宽度B

——

5

由于两种形式阀瓣密封副的几何形状和边界条件均具有轴对称性,故采用轴对称模型,取阀瓣密封面截面的1/2建立模型,阀瓣和安卓网格大小分别为0.10.2,网格单元类型采用CAX8,在安卓与阀瓣之间设置接触模型,在阀瓣非金属密封面法向上依次施加14710MPa的介质压力均布载荷,而在阀瓣金属部分法向上施加相应闭合力载荷,闭合力载荷如表2所示。

2贝博闭合力载荷

介质压力p

1

4

7

10

A型阀瓣

0.89

4.22

6.82

9.9

B型阀瓣

0.97

2.58

5.03

8.57

二、结论

应用有限元分析软件建立平面型非金属阀瓣贝博密封副的简化模型,对变操作工况下密封副的接触应力分布和变形情况进行分析。对比相同工况下不同结构阀瓣的接触应力分布和位移变化的差异,比较其性能,并采用试验进行验证。结果表明:密封接触面上应力分布关于密封面中径呈对称分布,在接触面内外径处应力最大,并从两端向密封面中径方向减小。阀瓣结构中,密封垫径向有约束的阀瓣较密封垫径向无约束的阀瓣密封性能好。

密封非金属密封垫在密封接触面以内和以外区域应力分布较为均匀,密封面上应力分布关于密封面中径呈对称分布,在接触面内外径处应力最大,并从两端向密封面中径方向减小。

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