全金属硬密封双向零泄漏三偏心蝶阀设计与分析

针对传统三偏心蝶阀承受一定压差或全压差的反向压力等问题,研究设计了一种全金属硬密封双向零泄漏三偏心蝶阀。该蝶阀为长寿命节能型,其采用三偏心原理设计,解决了传统偏心蝶阀在开启10°、关闭瞬间密封面仍处于滑动接触摩擦的缺陷,实现了蝶阀在开启瞬间密封面即分离、关闭接触即密封的效果。首先,对所设计蝶阀的不平衡力矩和允许压差进行了理论分析,并通过流体流动仿真分析了蝶阀开度不同时阀腔内流体的压力、速度和流动迹线,得到了蝶阀出入口的最大压力和最大速度随阀门开度的变化曲线。然后,通过热应力仿真分析得到了蝶阀的热力温度和合力热流量云图,并分析了蝶阀的热应力、热应变、安全系数的分布情况以及其最大热应力随流体温度的变化曲线,验证了蝶阀的热应力满足要求。最后,开展了蝶阀阀体耐压试验和正反向高压密封试验。试验结果表明,蝶阀阀体无可见渗漏和变形,且实测泄漏量均为零,说明该蝶阀的耐压强度和密封性能均满足使用要求。研究结果为三偏心蝶阀接触和摩擦的减少、开启力矩的降低以及使用寿命的延长提供了依据,所提出的全金属硬密封结构为三偏心蝶阀的双向零泄漏密封研究提供了新思路。

三偏心蝶阀硬密封结构的响应面优化

金属硬密封三偏心蝶阀在关闭状态下的密封比压决定着该阀的密封性能和工作寿命,优化金属硬密封部件的结构参数十分重要。以DN600三偏心蝶阀为研究对象,利用有限元分析法,分析密封面上密封比压分布规律。提出利用密封配合面周向间隙指标判断蝶阀的密封性能,利用Box-Behnken响应面优化方法对密封构件的结构进行优化,分析复合阀板座大、小径端切割厚度、复合阀板座直径及其交互作用对密封面最大密封比压的影响,得出最优设计方案。结果表明,在不影响蝶阀密封的前提下,优化复合阀板座参数后,密封面最大密封比压从202.96 MPa下降到128.44 MPa。对优化后蝶阀进行封闭打压密封实验,验证了其密封性能的可靠性。

桁架过流式三偏心蝶阀固液两相流冲蚀数值模拟

利用计算流体力学欧拉-拉格朗日法,对桁架过流式三偏心蝶阀进行了固液两相流冲蚀数值模拟研究。结果显示,阀门附近流通截面积缩小使得其附近流场压降变化剧烈,进而导致液相介质与其携带的固相颗粒速度增大,对阀座迎水面壁面造成严重冲蚀。随着阀门开度增大,阀门前后压力降低,液相介质和固相颗粒速度减小,阀座迎水壁面上冲蚀速率降低的同时冲蚀面积增大。阀门上冲蚀速率随着液相入口流速或固相颗粒质量流量的增大而增大,相同固相颗粒质量流量下,冲蚀频率和颗粒质量是决定冲蚀速率的主要因素。

四偏心蝶阀与三偏心蝶阀流量特性对比分析

为了解四偏心蝶阀和三偏心蝶阀的流量特性及差别,介绍了两者的结构特点。分别建立两者的三维几何模型,使用CFD方法对四偏心蝶阀和三偏心蝶阀进行数值仿真,通过后处理读取流场数据,得到了两者在各开度下的流量系数及流量特性差别。通过读取各开度的流道横截面面积,分析了流道喉部位置的变化规律以及流量特性差异的主要原因。研究结果表明,四偏心蝶阀在大开度下的流通能力明显优于三偏心蝶阀,但在小开度下,两者流通能力差别不大,四偏心蝶阀的流量系数甚至略小一些。因此,在设计和选型中,应充分考虑两者流量特性的全行程差异。

双偏心蝶阀干涉分析及结构优化设计软件开发

为解决双偏心蝶阀回转中心位置的不合理选取造成的密封副磨损严重,启闭阻矩大等问题,根据几何学理论,从双偏心蝶阀偏心结构入手,推导了启闭性能干涉角的计算公式,使其可评判密封点的干涉情况。探究密封点的干涉角θ与2个偏心距H,E之间的关系,建立双偏心蝶阀偏心距优化模型,划分了干涉区域与非干涉区域,使在θ≥0的前提下,得到求解最佳径向偏心距的方法,达到减小输出力矩的目的。结合理论并基于Visual Studio平台以C#.NET为框架开发设计软件,软件能够可视化双偏心蝶阀密封面各点的启闭性能干涉角,查看蝶板干涉情况并求解最佳径向偏心距,且验证了软件对径向偏心值及蝶板干涉情况求解的准确性。软件的开发可为相关人员设计此类双偏心蝶阀提供高效、便捷的方法。

三偏心蝶阀热棘轮效应的数值模拟

为了探讨热棘轮效应对三偏心金属硬密封蝶阀密封副热变形及密封性能的影响,先排除了蝶阀发生塑性垮塌失效、密封结构在数次常温与高温交变循环载荷作用下发生疲劳失效的可能性,然后通过ANSYS Workbench有限元分析软件对三偏心蝶阀进行常温与高温交变循环载荷下的热棘轮效应研究,基于Chaboche非线性随动强化模型对三偏心蝶阀进行10次温度循环加载分析。结果表明:高温工况下阀座内环面与阀体外壁面的最大温差约为60℃,温度降低到常温后阀座的最大塑性应变随循环次数的增加出现渐增性塑性累积;10次温度循环后阀座的最大塑性应变为0.02116,阀座在温度循环载荷的作用下发生热棘轮效应;在第5次温度交变循环之后,阀座与密封圈的最大径向变形分别为0.2844 mm和0.2753 mm;阀座的最大径向变形大于密封圈的最大径向变形,阀座的残余变形导致密封面出现间隙,证明三偏心蝶阀出现密封失效现象是由于阀座发生热棘轮效应导致的。对阀体外壁面进行良好保温后,经有限元计算阀座未发生棘轮效应,可见对阀体进行良好保温是避免因阀座发生棘轮效应而出现密封失效的有效手段。该研究结果揭示了蝶阀在数次常温与高温交变循环载荷作用下出现密封失效的原因,并提出相应的防范措施。这对相同工况下的其他类型阀门和压力管道等设备避免发生热棘轮效应具有十分重要的指导意义。

液氢用低温三偏心蝶阀的反向密封性能分析

针对液氢用低温三偏心蝶阀较难现实反向密封的问题,对三偏心蝶阀在实现反向密封过程中出现的泄漏问题进行分析,探讨了三偏心蝶阀密封的影响因素,研究了三偏心蝶阀反向密封时蝶板的变形。结果表明:在流体反向流动时,解决蝶阀密封副的密封比压,是解决液氢用低温蝶阀反向密封的关键;三偏心蝶阀密封副的密封比压与其过盈配合设计相关;三偏心蝶阀密封圈的密封面边线是形成接触密封的关键位置,将过渡区的面密封改为线密封,有利于降低三偏心蝶阀在关闭时密封圈对阀座的磨损程度,为确保蝶阀形成有效的反向密封,蝶阀关闭时须在密封面上形成连续的密封比压;通过对蝶板和阀座结构采取加大密封部件的刚度和提高密封副的结合程度等优化设计措施,可实现三偏心蝶阀的反向承压密封的功能。选取Class150 NPS42三偏心蝶阀,使用氦气测试其在液氮(-196℃)环境下的反向密封性能,通过试验验证,低温蝶阀在设计压差内的泄漏量不能超过4 L/min,满足并优于标准允许的泄漏值,研究结果可为液氢用低温三偏心蝶阀的设计提供参考依据。

基于操作力矩的三偏心蝶阀动作特性研究

针对三偏心蝶阀开阀过程中易出现阀轴运动不平稳、卡涩故障等问题,基于三偏心蝶阀研究操作力矩及其动作特性。利用有限元仿真软件Fluent对三偏心蝶阀不同开度与压差下的内部流场状态、动水力矩及其系数进行模拟计算,并通过实验验证仿真结果的准确性;利用三偏心蝶阀操作力矩计算公式对实验阀门进行数值计算,分析动作过程中操作扭矩随开度的变化;最后利用仿真平台AMESim对单作用气动执行器系统进行建模,分析操作力矩对开阀动作时间及蝶板稳定性的影响。结果表明:随着压差的增加,动水力矩的最大值向小开度偏移,在60°~75°开度区间达到最大值;蝶阀的压差越大,阀轴动作时间越长且越不稳定,0.1、0.3 MPa压差下三偏心蝶阀动作时间分别增加了4.4%、10.7%;增加气缸直径、弹簧刚度可增加动作的稳定性。

三偏心金属密封蝶阀自补偿阀座密封机理研究

针对三偏心金属密封蝶阀的密封面容易磨损泄漏问题,提出一种利用弹簧等蓄能零件进行自补偿的密封结构,通过严苛程序的试验验证,试验结果良好,证明了密封结构的有效性和可靠性。

顶装分体式超低温四偏心金属密封蝶阀

本文介绍了蝶阀的演变历史、应用工况和优缺点,给出了顶装分体式超低温四偏心金属密封蝶阀的结构特点和优点。该密封蝶阀可以达到更高的密封等级,满足高压、超低温的工况要求。

一种耐高温蝶阀的设计与应用

目前工业现场使用的蝶阀在高温工况下承压能力低、密封效果差,并且在工业现场控制管理复杂,本文设计了一种数字式耐高温蝶阀,通过CAN总线通信进行现场分布式控制,其阀体结构采用双浮动三偏心结构,有效的提高了蝶阀在高温工况下的密封性能。本文首先介绍了数字式耐高温蝶阀的硬件结构设计、软件及程序设计,然后对该阀门样机进行了高温试验,试验结果表明,本文设计的数字式耐高温蝶阀在高温工况下具有较好的密封性能。

基于CFD方法的大口径三偏心蝶阀动水力矩计算

为解决大口径三偏心蝶阀在工程应用中遇到的阀板停滞、无法继续打开的问题,使用CFD方法,对三偏心蝶阀各个开度进行了数值仿真,得到了完整的可视化流场信息。通过截取流体区域中截面上的速度与压力分布云图,直观地展现了不同开度下流场的变化趋势。通过分析阀板承受的流体冲击力和压力的变化特征,归纳了动水力矩的发展趋势和成因。通过后处理读取流场数据,得到了动水力矩大小随三偏心蝶阀开度的变化关系。通过对比蝶阀阻力矩与执行机构输出力矩曲线,分析了问题发生的原因,并给出了合理的建议。研究结果表明,CFD方法对于三偏心蝶阀动水力矩的准确求解行之有效,也为执行机构的选型搭配提供了参考依据。

三偏心蝶阀扭矩计算及气控回路设计

为满足日益严苛的工况要求,蝶阀自问世以来,不断进行自我完善和优化,适应了不同工作环境,满足不同工作要求。衡量三偏心蝶阀质量好坏的标准是阀门的使用性能及使用寿命,经分析后发现,影响寿命的一个关键因素为阀门扭矩。为此,三偏心蝶阀的扭矩计算方法及扭矩控制,对提高阀门的使用寿命至关重要。同时,好的控制回路可以让流体控制更加简单、可靠、智能。

一种新型偏心蝶阀的设计与分析

针对国内气动三偏心蝶阀易产生严重的"水锤"现象,设计了一种新型偏心蝶阀结构,并对三偏心蝶阀和新偏心蝶阀的内部流场特性进行了有限元模拟分析。介绍了新结构蝶阀的构造原理,分析了三偏心蝶阀和新结构蝶阀的压力云图、速度云图和流线分布图,得到了其流量特性和流阻特性。分析结果表明,新结构蝶阀增大了小开度下的流阻系数,减小了关闭瞬间的流量变化量,减轻了"水锤"现象。

三偏心结构蝶阀金属密封副干涉几何学分析

分析了三偏心结构蝶阀的密封副干涉计算原理 ,通过计算机程序分析计算了蝶板回转中心相对于流道中心的径向偏心、回转中心与蝶板中面的轴向偏心、圆锥轴线角度偏心以及圆锥半锥角对三偏心结构密封副干涉的影响 。

三偏心蝶阀振动特性分析

三偏心蝶阀广泛的应用于多种多样的工业,如水量分配、下水道、石油与天然气发电厂等等,而三偏心蝶阀中的蝶板和阀杆的振动在其结构设计和应用中起着重要的作用,且目前关于三偏心蝶阀中蝶板和阀杆的振动特性的研究较少。在蝶阀工作中,若蝶板的固有频率与流过蝶板后产生的卡门涡的脱落频率过于接近,则二者就会产生共振而毁坏三偏心蝶阀甚至影响整台机器正常运行。为了比较三偏心蝶板和阀杆的振动频率与流过蝶板产生的卡门涡的脱落频率的大小,运用了ANSYS有限元分析方法结合实验验证的方式计算出三偏心蝶板和阀杆的固有频率,再根据计算卡门涡的脱落频率的经验公式得出流过蝶板后产生的卡门涡的脱落频率,得出二者不发生共振的充分条件,此外,也论述了蝶板和阀杆的振动对蝶阀密封性的影响。

三偏心蝶阀金属密封副干涉三维分析

编制了确定合理的三偏心结构蝶阀蝶板的径向偏心a、轴向偏心e、圆锥轴线角度偏心α以及圆锥半锥角 β的计算机程序 。

基于CFD的三偏心蝶阀的流场特性研究及优化

由于三偏心蝶阀结构的特殊性,对其内部流场的流动性能进行了深入研究。建立了三偏心蝶阀的几何模型,对其内部流场进行模拟,获得了阀门的流量系数、流阻系数,并分析了阀门的轴向偏心、径向偏心和角度偏心与流量系数、流阻系数之间的变化规律,得知:角度偏心的数值大小与流通能力近似成反比;径向偏心值与阀门流通能力近似成正比,且影响大于角度偏心;而轴向偏心值对于阀门的流通能力几乎没有影响。采用正交试验法对三个偏心进行优化,降低流阻系数,提高流量系数,改善阀门流通性能。

三偏心蝶阀三维建模与启闭运动仿真

这里介绍了在SolidEdge中三偏心蝶阀的三维建模与装配过程,进行了静态和动态干涉检查,得到了合理的三偏心蝶阀蝶板的角偏心角α、锥顶角2β、径向偏心e、轴向偏心C值,缩短了三偏心蝶阀的设计开发周期,提高了设计效率和质量。

三偏心蝶阀摩擦力矩分析

通过对三偏心蝶阀蝶板的静力分析,推导出三偏心蝶阀的摩擦力矩,并且分析了径向偏心距、轴向偏心距以及偏心角对摩擦力矩的影响。