蝶阀动密封部件及其密封性能研究

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目前我国阀门产业发展势头正猛,产业前景一片大好,尤其是蝶阀,在管道控制上具有独特的优势而被广泛应用国民生产和生活等各个领域,但部分阀门因其结构复杂、工况复杂以及频繁开启使得失效现象常有发生。因此,有必要针对目前蝶阀故障发生较多的部件进行研究分析,提高蝶阀的可靠性,降低蝶阀制造和使用的成本,促进我国经济发展,提高我国阀门产品的质量和性能,实现阀门技术创新。本文以蝶阀为研究对象,具体针对其动密封部件主密封和阀杆密封两个部件进行有限元静应力分析,对蝶阀在服役过程中出现的失效性和密封性等问题进行了以下工作:(1)针对硬密封阀门因密封面磨损而导致其密封失效的问题,基于Archard理论,并借助有限元软件模拟密封面的接触。以密封副初始过盈量为0.08mm的硬密封为例,利用离散化的计算方法逐步对不同磨损深度下的密封面接触压力进行仿真求解。计算出不同磨损深度下密封面的正压力及穿透量并进行分析,推测其磨损趋势并得到密封面的磨损寿命,计算得到阀门的总使用寿命可达5855次启闭。并对比了不同初始过盈量下的密封副使用寿命,发现在初始过盈量设计为0.08mm时,密封结构设计更合理。(2)为了更真实准确地探究蝶阀主密封结构的密封性能,根据第三章磨损模型,建立在阀门全关工况下,不同磨损状态的主密封结构有限元模型,在ANSYS中进行仿真模拟分析。研究表明在磨损深度达到0.04mm前密封面磨损较为剧烈,在磨损深度达到0.07mm后会发生泄漏。对密封面上的密封比压进行分析发现,靠下游处的密封面密封比压比靠上游处的比压值大,且阀板桁架的设置有利于提高密封面上的密封比压值。在磨损深度为0.08mm时,将会产生泄漏量约为1.47 × 10-3m3/s的泄漏。(3)为了研究填料不同装配工况对阀杆填料密封结构密封性能的影响,利用ANSYS有限元分析软件对密封结构进行应力分析,并通过力学理论验证。研究结果发现在填料密封内外两侧设置间隙量时,在有间隙一侧的填料底部会出现压力急剧减小的情况,不利于阀杆密封。在填料密封内外两侧设计过盈量时,密封接触压力整体减小趋势变化平缓,且通过对比发现在内外两侧设置相同过盈量时,填料的整体接触应力分布最为均匀,该设计有利于提高阀杆填料密封结构的密封性能。
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