高温大型三偏心蝶阀多物理场耦合仿真分析

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蝶阀作为重大技术装备的重要组成部分,在化工、冶金、电力、城市供排水等系统中起着关键作用。三偏心蝶阀作为一种常见的蝶阀,因其启闭力矩小,且采用斜锥面密封,具有密封性能好、抗磨损、寿命长、可用于高温环境等优点。目前国内三偏心蝶阀设计主要以经验参数为主,对于工作环境考虑较少,而在工程实际中流体介质的压力、温度、流速等因素会对蝶阀的力学性能和结构变化产生较大的影响,尤其处于高温环境时,三偏心蝶阀的性能会发生很大变化。因此需要对三偏心蝶阀在多场影响下的力学特性进行系统的分析。  本文结合工程需要,主要针对处于320℃高温化工环境中的大型三偏心蝶阀进行相关力学特性的有限元分析。主要内容如下:  (1)针对秦冶重工生产的大型三偏心蝶阀进行结构改进,并运用三维软件进行建模,通过有限元软件对其非工作状态下进行结构静力学分析,验证了结构设计的合理性。  (2)对三偏心蝶阀内流体介质进行流场分析,研究蝶板在不同闭合角度下流体的运动规律,得到流体的速度分布和压力分布图,进而分析了蝶阀作节流使用时阀板开启的角度问题,得到的压力结果为蝶阀的多场耦合分析作准备。  (3)对三偏心蝶阀在工作状态下进行了温度场分析,得到蝶阀的温度分布规律。并对阀体进行不同的保温处理,研究了保温层对阀体温度分布的影响。  (4)将分析得到的结构静力、流场、温度场的结果作为条件加载到蝶阀模型中,进行多场耦合分析,得到阀体、阀板的热应力及热变形等结果,最后对蝶阀的设计进行反馈,进一步完善了设计理论。  通过对大型三偏心蝶阀多场耦合分析可得:高温环境中工作的蝶阀,阀体内由于温度分布不均匀,温差较大,往往会产生过大的热应力,且主要集中在温差较大及约束较多的地方。通过研究发现,降低热应力可有两种方法:  1.对阀体进行合理的保温处理,热应力由最高739Mpa下降到309Mpa;  2.对热应力过大部位的结构进行改进,使热应力最终下降到176MPa。  合理的保温处理可以使温度分布均匀,从而降低由于温差过大产生的热应力;对不合理的结构进行改进可以减小该部位所受到的约束,进而释放掉部分热应力,满足材料的刚度要求。
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