基于SolidWorks Simulation的軌道式球閥密封比壓有限元分析

　　基于SolidWorksSimulation有限元分析軟件，對軌道式球閥密封比壓進(jìn)行了數(shù)值求解分析，得出了密封面密封比壓分布規(guī)律曲線，可以此作為閥門密封性能驗(yàn)算和確定閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格的技術(shù)依據(jù)。軌道式球閥在動(dòng)作中具有密封面無磨損的特點(diǎn)，且具有良好的密封性能，可實(shí)現(xiàn)硬密封零泄漏，主要應(yīng)用于要求使用壽命長且需嚴(yán)格密封的場合。

　　目前，在國內(nèi)煤化工項(xiàng)目中，液氮洗單元普遍選用軌道式球閥，每個(gè)液氮洗單元需要軌道式球閥10余臺。長期以來，國內(nèi)市場上基本為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格非常昂貴，售后不及時(shí)，出現(xiàn)故障得不到及時(shí)維修，用戶損失較大。為此，軌道式球閥的國產(chǎn)化受到國內(nèi)用戶和閥門生產(chǎn)廠家的極大關(guān)注。

1、軌道式球閥的結(jié)構(gòu)及工作原理

　　氣動(dòng)金屬硬密封軌道式球閥由閥體、閥蓋、球體、閥桿、耳軸軸套、銷軸、閥桿軸套、導(dǎo)向銷釘及氣動(dòng)執(zhí)行器等零部件組成，如圖1所示。

　　工作原理：氣動(dòng)執(zhí)行器輸出軸在氣源壓力作用下上下移動(dòng)，當(dāng)氣動(dòng)執(zhí)行器輸出軸向上移動(dòng)，帶動(dòng)閥桿上升，此時(shí)導(dǎo)向銷與閥桿上的螺旋槽直行程段限制閥桿只作上升運(yùn)動(dòng)，閥桿下部斜面與銷軸配合，使球體先向左偏移角度，密封副脫離。閥桿繼續(xù)上升，導(dǎo)向銷與閥桿螺旋槽配合，使閥桿作90°轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)閥桿下部扁面與銷軸配合，帶動(dòng)球體作90°旋轉(zhuǎn)后，閥門開啟。反之，當(dāng)氣動(dòng)執(zhí)行器輸出軸下移，帶動(dòng)閥桿下降，此時(shí)導(dǎo)向銷與閥桿的螺旋槽配合，使閥桿作90°轉(zhuǎn)動(dòng)，閥桿下部扁面與銷軸配合，帶動(dòng)球體作90°轉(zhuǎn)動(dòng)后，球體密封面對正閥座密封面。閥桿繼續(xù)下降，這時(shí)導(dǎo)向銷限制閥桿只作下降運(yùn)動(dòng)，閥桿的下部斜面與銷軸配合，產(chǎn)生楔緊力，帶動(dòng)球體壓緊閥座，閥門關(guān)閉。閥桿仍可繼續(xù)下降，對密封面繼續(xù)施加強(qiáng)制密封力。

1-閥體;2-閥座;3-球體;4-球體銷軸;5-閥蓋;6-下閥桿軸套;7-上閥桿軸套;8-填料;9-填料壓套;10-填料壓板;11-閥桿導(dǎo)銷;12-閥桿;13-氣動(dòng)執(zhí)行器輸出軸;14-支架;15-氣動(dòng)執(zhí)行器

圖1 氣動(dòng)金屬硬密封軌道式球閥結(jié)構(gòu)

　　軌道式球閥的密封性能是評價(jià)閥門性能的重要指標(biāo)。因軌道式球閥的密封由閥桿對球體局部的楔緊力來實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致密封面密封比壓分布不均勻，致使真實(shí)密封比壓難以描述和計(jì)算。本文基于SolidWorksSimulation有限元分析軟件，對軌道式球閥密封比壓進(jìn)行了數(shù)值分析，實(shí)踐表明，該方法分析過程簡便，計(jì)算結(jié)果可較準(zhǔn)確地反映實(shí)際受力情況。

3、結(jié)語

　　(1)利用SolidWorksSimulation軟件，對軌道式球閥進(jìn)行密封比壓數(shù)值分析，得到的結(jié)果顯示，密封比壓沿密封面圓周方向分布不均勻，在同一截面沿縱向分布也不均勻，且得到的曲線分布規(guī)律符合閥門密封面實(shí)際受力情況。通過試驗(yàn)證明，采用該分析方法選取或設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，滿足閥門零泄漏的密封要求，因此，該分析方法合理、結(jié)果準(zhǔn)確。該設(shè)計(jì)和分析方法同樣可以為其他機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和分析提供借鑒，具有一定的工程實(shí)用價(jià)值。

　　(2)通過對重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行分析，繪制密封比壓應(yīng)力分布曲線，使設(shè)計(jì)人員更加直觀地掌握密封面內(nèi)部受力情況，從而全面地對產(chǎn)品進(jìn)行評估，更加合理地選取或設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的規(guī)格。

　　本文采用的數(shù)值分析方法，改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，尤其適用在實(shí)際受力過程無法用理論精確計(jì)算的場合�；�于SolidWorksSimulation的有限元分析方法，可以優(yōu)化工作流程，大幅度縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期尤其是新產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高機(jī)械產(chǎn)品的綜合性能，對促進(jìn)煤化工專用閥門的發(fā)展有重要意義。