對(duì)接焊截止止回閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗沖擊分析與抗震分析畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-21 15:04 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 閥體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： (1)閥座密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算； (2)閥體與閥蓋連接和密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算； (3)啟閉件導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； (4)增強(qiáng)閥體的強(qiáng)度，剛度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 。 由于閥門有多種類型，同類型的閥門結(jié)構(gòu)形式又分成許多類別，因此，閥體的形狀千變?nèi)f化，盡管如此，由于閥體在受力和功能方面基本相似，故在結(jié)構(gòu)上也有共性，再次將介紹閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最具代表性的截止閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 截止閥閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則適用于節(jié)流閥，調(diào)節(jié)閥，安全閥，減壓閥，柱塞閥及止回閥等閥體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 截止閥閥體的流道為直流式， 閥體流道設(shè)計(jì)的原則如下： （1）閥體端口必須為原型，介質(zhì)流道應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成直線形或流線形。盡可能避免介質(zhì)流動(dòng)方向的突然改變和通道形狀和截面積的急劇變化，以減少流體阻力，腐蝕和沖蝕。 （2）在直通式閥體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證通道喉部的流通面積至少等于閥體端口的截面積。 （3）閥座直徑不得小于閥體端口直徑的90%。 （4）直流式閥體設(shè)計(jì)時(shí)，閥瓣啟閉軸線與閥體流道出口斷線的夾角通常為45度到60度。 鍛造閥體一般都用于小口徑閥門，特別是由于公稱通徑小于或等于50mm的高溫，高壓閥門。鍛造閥體的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量能保證，組織致密，表面質(zhì)量較好。其缺點(diǎn)是由于流道孔采用機(jī)械加工制成，在孔與孔的過(guò)渡區(qū)會(huì)產(chǎn)生銳角過(guò)渡面，造成流阻大，易產(chǎn)生紊流，介質(zhì)對(duì)閥體侵蝕打；鍛件截面相比較不均勻性更大，因此在厚壁處所產(chǎn)生的熱應(yīng)力很大（特別是高溫場(chǎng)合），常會(huì)在流道的銳角處發(fā)生開(kāi)裂，并且鍛造閥材料利用率較低。 閥蓋的總體設(shè)計(jì) 閥蓋設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容閥蓋是閥門中承受壓力的重要零件之一。閥蓋在使用過(guò)程總承受著介質(zhì)壓力，溫度，沖蝕和腐蝕等因數(shù)的影響。閥蓋的主要內(nèi)容有：1）作為工作介質(zhì)的流動(dòng)通道： 2）承受工作介質(zhì)壓力，溫度，沖蝕和腐蝕： 3）在閥蓋底端設(shè)置一個(gè)通孔，用以容納閥瓣： 4）承受閥瓣啟閉沖擊壓力和在使用過(guò)程中因溫度變化，沖 蝕，水機(jī)等影響所產(chǎn)生的附加沖擊壓力。閥蓋設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容： （1）確定止回閥閥蓋的材料：本閥門確定采用的材料是WCB（碳鋼）。它具有足夠的耐腐蝕性，并具有可靠地強(qiáng)度和剛度。 （2）確定止回閥閥蓋的制造方法：根據(jù)閥門的總體設(shè)計(jì)，安裝要求和材料工藝性能確定閥體的制造方法為鑄造。其優(yōu)點(diǎn)是有質(zhì)量保證，組織致密，表面質(zhì)量較好。 （3）確定閥蓋的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度：根據(jù)閥門閥體的相關(guān)數(shù)據(jù) （低壓） 閥蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在各種不同類型的閥門中，通常是有閥蓋和閥體共同組成“承壓殼體”，按照閥蓋與閥體不同的鏈接型式分類，閥蓋可以分為：法蘭式閥蓋，自緊式閥蓋，螺紋式閥蓋等，本設(shè)計(jì)采用自緊式閥蓋。閥蓋通常分為整體式閥蓋和分離式閥蓋。整體式閥蓋不但作為承壓殼體的一部分，還與閥桿鏈接作為閥桿的支架，整體式閥蓋通常用于中小口徑的閥門。大口徑閥門的閥蓋通常分為兩部分，與閥體鏈接的部分稱為分離式閥蓋，與閥桿螺母鏈接的部分稱為支架。（高壓） 總結(jié)截止閥主要由閥體、閥瓣、閥蓋、閥桿、鎖緊螺母、閥桿螺母、手柄等部件構(gòu)成。8 截止閥的有限元分析 截止閥設(shè)計(jì)工況分析 有限元計(jì)算原理有限元法實(shí)質(zhì)是先將結(jié)構(gòu)（連續(xù)體）分割成數(shù)目有限的小單元體（單元），這些小單元體彼此間只在數(shù)目有限的指定點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）互連，用這些小單元體組成的集合體來(lái)代替原來(lái)的結(jié)構(gòu)。按靜力等效原理分配到單元節(jié)點(diǎn)的外載荷構(gòu)成等效節(jié)點(diǎn)力，并按結(jié)構(gòu)實(shí)際約束情況決定約束節(jié)點(diǎn)的約束。按彈性力學(xué)的虛功原理建立起單元節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系，最后，把全部單元的節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系組集起來(lái)，構(gòu)造成一組以結(jié)構(gòu)位移為未知量的代數(shù)方程組，就可求得結(jié)構(gòu)上有限個(gè)離散節(jié)點(diǎn)的各位移分量。再按單元的幾何方程和物理方程求得各單元的應(yīng)變和應(yīng)變分量。求解由單元集合而成的單元方程組，根據(jù)約束條件，消去節(jié)點(diǎn)位移為零的方程，再由最后的代數(shù)方程組就可求出結(jié)構(gòu)上有限個(gè)離散節(jié)點(diǎn)的各位移分量。求得了結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)的位移分量后，根據(jù)單元的幾何方程和物理方程可求出各單元應(yīng)力。具體計(jì)算公式如下：?jiǎn)卧胶馕⒎址匠蹋? （1） 根據(jù)有限元法的假設(shè)，可以得到的幾何方程為： （2）式中 、代表x，y方向的曲率，代表x，y方向的扭率。定義{X}為： （3）則其幾何方程為： （4）物理方程為： （5）先求出位移后，利用（5）式就可以求出應(yīng)力。 截止閥有限元計(jì)算模型的簡(jiǎn)化在系統(tǒng)中，截止閥是重要組成部件，因此要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)地應(yīng)力分析和評(píng)定。但是從上面的結(jié)構(gòu)圖上分析，盡管它們都具有尺寸小、重量輕的特點(diǎn)，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)和壓力邊界部分幾何形狀相當(dāng)復(fù)雜，為了保證有限元計(jì)算的有效性和合理性，故在建立截止閥的計(jì)算模型時(shí)，需要對(duì)結(jié)構(gòu)和力學(xué)模型做一些必要的簡(jiǎn)化。 結(jié)構(gòu)中對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力沒(méi)有影響的墊片及結(jié)構(gòu)上的倒角進(jìn)行了簡(jiǎn)化。十種型號(hào)的截止閥在進(jìn)行有限元分析時(shí)，閥座的底端及螺栓孔處的節(jié)點(diǎn)六個(gè)自由度全被約束（X，Y，Z方向的移動(dòng)和X，Y，Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)）。 有限元模型網(wǎng)格劃分在有限元計(jì)算過(guò)程中，截止閥均采用了十節(jié)點(diǎn)四面體三維單元，共劃分194235個(gè)單元，26014個(gè)節(jié)點(diǎn)。 截止閥設(shè)計(jì)工況計(jì)算要求根據(jù)計(jì)算任務(wù)書(shū)的要求，設(shè)計(jì)工況下截止閥應(yīng)力分析計(jì)算內(nèi)容如下：截止閥的靜強(qiáng)度分析，重要零件閥瓣、閥體、閥座、閥蓋的應(yīng)力分析。 截止閥設(shè)計(jì)工況載荷在設(shè)計(jì)工況中截止閥主要承受三種基本載荷。它們是自重、設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度。 截止閥設(shè)計(jì)工況載荷設(shè)計(jì)壓力（MPa）設(shè)計(jì)溫度（℃）自重1001g 應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則根據(jù)《ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范》（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)NB3212）：“對(duì)復(fù)合應(yīng)力所采用的破壞理論是最大剪應(yīng)力理論：在某一點(diǎn)上的最大剪應(yīng)力等于該點(diǎn)上三個(gè)主應(yīng)力的代數(shù)最大值和代數(shù)最小值之差的一半”。其公式為 （6） 截止閥有限元計(jì)算結(jié)果與分析9 截止閥的固有頻率分析 。、。 截止閥四階固有頻率一階（Hz）二階（Hz）三階（Hz）四階（Hz）+02+02+03+03 截止閥一階振型圖 截止閥二階振型圖10 設(shè)計(jì)工況最大應(yīng)力及位置 通過(guò)有限元計(jì)算，得到設(shè)計(jì)工況條件下截止閥應(yīng)力分析結(jié)果。在有限元計(jì)算中，計(jì)算了截止閥整體和重要部件的應(yīng)力，找出了在設(shè)計(jì)工況條件下的最大應(yīng)力和發(fā)生位置。、。 截止閥整體在設(shè)計(jì)工況下的最大應(yīng)力及其作用位置 單位：MPa應(yīng)力作用位置閥體 截止閥重要部件在設(shè)計(jì)工況下的最大應(yīng)力及其作用位置 單位：MPa部件閥體閥瓣閥桿閥蓋應(yīng)力 截止閥位移云圖 截止閥整體應(yīng)力云圖 截止閥剖面應(yīng)力云圖 截止閥最大應(yīng)力位置圖 根據(jù)《ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范》美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)NB3200和NC3100對(duì)復(fù)合應(yīng)力所采用的破壞理論是最大剪應(yīng)力理論：“在某一點(diǎn)上的最大剪應(yīng)力等于該點(diǎn)上三個(gè)主應(yīng)力的代數(shù)最大值和代數(shù)最小值之差的一半”。根據(jù)規(guī)范的要求可知，在組合工況（自重、設(shè)計(jì)內(nèi)壓和某一方向的單獨(dú)沖擊載荷作用）下，計(jì)算出的最大應(yīng)力值Pm應(yīng)小于設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力值Sm，即 PmSm （7） 截止閥在設(shè)計(jì)工況，整體及其重要部件的計(jì)算的最大應(yīng)力Pm與設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力S
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