低温球阀密封结构研究

2019-05-19 版权声明 举报文章

《阀门杂志》2016年第5期

摘要:

分析了低温球阀的密封原理,介绍了球阀的各部件三维实体模型与装配体,论述了机构运动仿真模拟检测密封部位的干涉情况。

关键词:

低温球阀;工作原理分析;运动仿真;密封

1概述

随着液化天然气(LNG)的广泛应用,在LNG的运输、储存、液化和气化等工艺系统中均要用到低温球阀,低温球阀的结构合理性将直接影响着工艺系统的正常可靠安全运行。本文运用三维建模软件PRO/E建立了低温球阀的装配体,通过开展机构运动仿真模拟,检测了密封部位的干涉情况,为产品设计提供了参考数据。

2密封结构

以LNG用DN50超低温球阀为研究对象。球阀为两体浮动球球阀(图1),结构简单,密封性能良好,由于球体所承受的工作介质压力全部传递给了出口端阀座密封圈,因此,这种结构只适用于中、低压阀门。阀门的主阀体与副阀体之间用螺栓和螺母连接,阀座分别安装在球体两端的主阀体与副阀体的内腔阀座孔内。球体通过两个固定阀座的支撑作用放置在阀体空腔内。阀体、加长外杆和连接盘通过焊接连接在一起。阀杆放置在加长外杆内,通过球体的支撑与对开卡环的限制形成约束。连接盘与填料压盖用螺钉连接。连接盘中的填料在填料压盖螺钉的拧紧作用力下,消除了连接盘与阀杆之间的间隙。球阀的密封性能主要有外密封和内密封。外密封性能是指阀杆、对开卡环与主阀体部位的密封,以及阀杆、填料与连接盘部位的密封。内密封性能是指阀座与主阀体、副阀体的配合部位及球体与阀座之间的密封。当阀门处于开启状态,介质顺利地从出口端流出。当阀门处于关闭状态时,球体右端挡住介质的流入,在介质的压强作用下,球体本身能产生一定微量的位移,紧压在出口端的阀座密封圈上,保证出口端密封(图2)。

3检测

3.1建模

采用三维建模软件PRO/E建立球阀的各部件三维实体模型及装配体。为实现阀门启闭过程的运动仿真,在装配体中考虑了零件的自由度,其中球体与阀杆均只有一个旋转自由度,并设为扁榫连接(图3)。

3.2运动仿真

通过PRO/E运动分析模块对球阀组件进行运动仿真分析(图4),查看组件机构运动时的完整性以及初步检验机构内密封副的干涉情况。(1)根据球阀装配图进行球阀的组装,在组装过程中建立球体与阀杆两个扁榫连接,并且将两者建立约束,使其不能进行相对运动,这样组装的机构中只有唯一一个运动主体,保证了整个机构的自由度为1。在设置机构中的动力装置(即伺服电动机)时,只需定义1个动力源,使机构进行运行,符合实际工作情况。(2)在创建伺服电动机中,由于具有自由度的构件只有球体与阀杆,且两者之间不具有相对运动,两者及其附属部件都将统一为主体部分,其余部件为基础部分。主体部分可根据定义的伺服电动机的运动情况运行,而基础部分则固定,即机架(图5)。(3)由于本文的运动仿真仅涉及初步的干涉分析,暂不深入进行相关的力学分析,因此采用默认设置,并不设置详细的运动环境。(4)在设置机构运动条件时,主要建立了主体的位置关系,以余弦函数为例,设置步长A=90,偏移Φ=90,周期T=30(图6)。主体运动部分为符合实际工作情况,在进行运动仿真时设置总的运动时间为15s,即半个周期,主体旋转90°。(5)获取分析结果,录制运动干涉影像,并测量球阀内密封结构的干涉量对运动干涉检测的影响进行研究总结(图7)。

3.3分析

根据球阀各机构运动仿真过程及干涉检查结果分析,获得密封副干涉结果。

(1)在球阀运动过程中,球体与阀座存在时间上的间接性干涉。说明此时组件装配尺寸有一定的间隙,并不是完全过盈状态下。

(2)在进行局部干涉测量时,并不能得到球体与阀座的相关干涉量值,也就是说,在测量球体与阀座干涉量时,要对主体位置进行一定的改变,即球体与阀座处在干涉情况下,才能测出干涉量值。

(3)在球体与阀座有间接性干涉的条件下,表明球体与阀座处于临界接触状态,这与浮动式球阀的密封原理相一致。

4结语

运用运动仿真模拟真实环境中模型的工作状况,检验机构可能存在的机械干涉,可以对产品运动性能及结构设计缺陷进行分析和判断,以发现设计中的缺陷和潜在的产品质量问题。从而提前对模型进行完善,以避免设计后期对模型反复的修改,进而缩短产品设计周期,并降低生产成本。

参考文献:

[1]吴堂荣,唐勇,孙晔.LNG船用超低温阀门设计研究[J].船舶工程,2010,(2):73-78.

[2]陆志强,张超.浅谈低温阀门的设计及安装要求[J].科技信息,2010(13):495-496.

[3]梁晓刚,陈宗华.低温阀门设计技术研究及分析[J].化工设备与防腐蚀,2003(5):8-11.

作者:王建新 熊冬庆 高峰峰 吴斌 单位:江苏神通阀门股份有限公司 环境保护部核与辐射安全中心 南京林业大学

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