基于ANSYS薄型排渣闸阀泄漏问题分析.pdf

第 4期 总第 1 7 9 期 2 0 1 3年 8月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEE RI NG AUT0MAT1 0N NO． 4 Au g． 文章编号 1 6 7 2 6 4 l 3 2 O 1 3 O 4 0 0 3 0 0 3 基于 ANS YS薄型排渣 闸阀泄漏 问题分析 周双双 ，王 志德 内蒙古工 业大学 机械学院 ，内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 5 1 摘要 介 绍 了薄型排渣闸阀在实 际使用 中 内泄外漏的缺 点．以 ANS Y S软件为工具分析 了排 渣 阈连接 处 的温 度场 、应力场 分布 和变形状况 ，根据 所得 出的分析结果，并结合 生产 实践 总结 了排 渣阀连 接处密封失效 的原 因。 关键 词 排渣阀；A NS YS软件 ；密封性能 中图分类号 TP 3 9 1 ． 7 7 THI 3 4 文献标识 码 A 0 引言 薄型排渣闸阀主要用于火力发 电厂除渣除灰、 矿 山尾矿输送 、 污水排放等磨损大、 腐蚀性强的管道系统 中， 有耐高温、 耐高压 、 强度高、 启闭灵活 、 拆装方便等 优点。但由于工作过程 中振动 大、 介质 流速快 、 温度 高 、 腐蚀性强等原因， 阀体 、 闸板 、 法兰连接处易出现磨 损严重 、 连接松动、 连接件在高温下产生塑性变形 、 薄 型排渣闸阀产生蠕变等现象 ， 使得介质 内泄外漏。特 别是在电厂除渣系统 中， 由于密封不严， 灰渣 中的可燃 物泄漏产生的结焦甚至明火对 阀门损伤严重 ， 大大加 快 了阀门的报废速度。本文利用 ANS YS有限元分析 软件对排渣阀法兰连接处进行 热分析、 热结构耦 合分 析， 得 出排渣阀连接处的温度场 、 应力场分布及在热应 力与外力作用下的变形情况 ， 从而为解决排渣阀泄漏 问题的改进设计和优化提供理论依据和指导。 1温度 场分 析 利用 ANS Y S软件进行热分析计算 的基本原理是 把处理的对象首先划分成有限个单元 每个单元包含 若干个节点 ， 然后根据能量守恒原理求解一定边界条 件和初始条件下每一节点处 的热平衡方程 ， 由此计算 出各节点温度值 ， 继而进一步求解 出其他相关量。 1 ． 1 有限元模型的建立 排渣 阀法兰连接处是一轴对称件 ， 法兰用 8个螺 栓连接。在 ANS YS中创建出 1 ／ 8模型 ， 采用 S o l i d 8 7 六节点四面体单元对实体模型进行网格划分 。考虑到 组件中螺栓相对较小 ， 针对 螺栓采用 不同的单元尺寸 控制和 s ma r t s i z e网格划分控制 ， 并采用 Te t四面体单 元对单元形状进行控制 ， 得到较为规则 的网格形状 ， 有 利于提高计算的正确性和精确性 。排渣阀法兰连接处 的有限元模型如 图 1所示。 1 ． 2 边界 条件 及 热栽荷 排渣 阀在开启状态下进行锅炉排渣时， 高温锅炉 灰渣均匀排出， 阀门法兰连接处 内壁受 到的灰渣热辐 射基本保持不变 ， 外侧处在锅炉厂房的空气中， 温度保 持不变， 所以可以将其热传导视 为准稳态导热。法兰 内、 外侧温度恒定， 在分析过 程中规定边 界温度为常 数， 属于第一边界条件 ， 即 t 一常数。根据传热学 的 原理 ， 排渣阀各组件的热传导分别服从不带内热源的 稳定热传导控制方程 。对三维来说 ， 控制方程为 筹 等 筹 0 。 ⋯⋯⋯⋯⋯ 图 1排 澄 阀 法 兰 连 接 处 的 有 限元 模 型 排渣阀法兰连接处的结构如 图 l所示 ， 排 渣阀出 口法兰 与管道 金 属膨 胀节 入 口法 兰 由 8个 均匀 布置 的螺栓连接 ， 排渣阀门竖直安装 ， 连接的上 、 下 两个法 兰面均 处于 水平 面 ， 因此在 没有 震 动和 外力 的作 用下 ， 法兰受到垂直于螺栓分布所在环面的均布力 ， 8 个螺栓 承受竖直方向的拉力。上、 下两个法兰面紧密接触。排 渣阀处在开启的工作状态时， 高温灰渣均匀流过 ， 充满 阀门及管道内部空间， 高温介质与内腔壁面为 自然对流 传热， 介质温度为 8 5 0℃， 换热系数为 4 0 w／ r n 2 ℃ ， 即在法兰连接处 内表面施加 8 5 0℃ 的恒温载荷 ． 夕 壁 与空气接触 ， 阀体外壁与周围环境 大气之 间的对流传 收稿 E l 期 ；2 0 1 3 0 1 1 9 }修 回 日期 2 0 1 3 0 2 1 9 作者简介 周双双 1 9 8 5 一 ，男 ，陕西延安人 ，在读硕士研究生 ，从事电力设备方 面的研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m