低溫球閥密封結構研究范文

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《閥門雜志》2016年第5期

摘要：

分析了低溫球閥的密封原理，介紹了球閥的各部件三維實體模型與裝配體，論述了機構運動仿真模擬檢測密封部位的干涉情況。

關鍵詞：

低溫球閥;工作原理分析;運動仿真;密封

1概述

隨著液化天然氣(LNG)的廣泛應用，在LNG的運輸、儲存、液化和氣化等工藝系統中均要用到低溫球閥，低溫球閥的結構合理性將直接影響著工藝系統的正常可靠安全運行。本文運用三維建模軟件PRO/E建立了低溫球閥的裝配體，通過開展機構運動仿真模擬，檢測了密封部位的干涉情況，為產品設計提供了參考數據。

2密封結構

以LNG用DN50超低溫球閥為研究對象。球閥為兩體浮動球球閥(圖1)，結構簡單，密封性能良好，由于球體所承受的工作介質壓力全部傳遞給了出口端閥座密封圈，因此，這種結構只適用于中、低壓閥門。閥門的主閥體與副閥體之間用螺栓和螺母連接，閥座分別安裝在球體兩端的主閥體與副閥體的內腔閥座孔內。球體通過兩個固定閥座的支撐作用放置在閥體空腔內。閥體、加長外桿和連接盤通過焊接連接在一起。閥桿放置在加長外桿內，通過球體的支撐與對開卡環的限制形成約束。連接盤與填料壓蓋用螺釘連接。連接盤中的填料在填料壓蓋螺釘的擰緊作用力下，消除了連接盤與閥桿之間的間隙。球閥的密封性能主要有外密封和內密封。外密封性能是指閥桿、對開卡環與主閥體部位的密封，以及閥桿、填料與連接盤部位的密封。內密封性能是指閥座與主閥體、副閥體的配合部位及球體與閥座之間的密封。當閥門處于開啟狀態，介質順利地從出口端流出。當閥門處于關閉狀態時，球體右端擋住介質的流入，在介質的壓強作用下，球體本身能產生一定微量的位移，緊壓在出口端的閥座密封圈上，保證出口端密封(圖2)。

3檢測

3．1建模

采用三維建模軟件PRO/E建立球閥的各部件三維實體模型及裝配體。為實現閥門啟閉過程的運動仿真，在裝配體中考慮了零件的自由度，其中球體與閥桿均只有一個旋轉自由度，并設為扁榫連接(圖3)。

3．2運動仿真

通過PRO/E運動分析模塊對球閥組件進行運動仿真分析(圖4)，查看組件機構運動時的完整性以及初步檢驗機構內密封副的干涉情況。(1)根據球閥裝配圖進行球閥的組裝，在組裝過程中建立球體與閥桿兩個扁榫連接，并且將兩者建立約束，使其不能進行相對運動，這樣組裝的機構中只有唯一一個運動主體，保證了整個機構的自由度為1。在設置機構中的動力裝置(即伺服電動機)時，只需定義1個動力源，使機構進行運行，符合實際工作情況。(2)在創建伺服電動機中，由于具有自由度的構件只有球體與閥桿，且兩者之間不具有相對運動，兩者及其附屬部件都將統一為主體部分，其余部件為基礎部分。主體部分可根據定義的伺服電動機的運動情況運行，而基礎部分則固定，即機架(圖5)。(3)由于本文的運動仿真僅涉及初步的干涉分析，暫不深入進行相關的力學分析，因此采用默認設置，并不設置詳細的運動環境。(4)在設置機構運動條件時，主要建立了主體的位置關系，以余弦函數為例，設置步長A=90，偏移Φ=90，周期T=30(圖6)。主體運動部分為符合實際工作情況，在進行運動仿真時設置總的運動時間為15s，即半個周期，主體旋轉90°。(5)獲取分析結果，錄制運動干涉影像，并測量球閥內密封結構的干涉量對運動干涉檢測的影響進行研究總結(圖7)。

3．3分析

根據球閥各機構運動仿真過程及干涉檢查結果分析，獲得密封副干涉結果。

(1)在球閥運動過程中，球體與閥座存在時間上的間接性干涉。說明此時組件裝配尺寸有一定的間隙，并不是完全過盈狀態下。

(2)在進行局部干涉測量時，并不能得到球體與閥座的相關干涉量值，也就是說，在測量球體與閥座干涉量時，要對主體位置進行一定的改變，即球體與閥座處在干涉情況下，才能測出干涉量值。

(3)在球體與閥座有間接性干涉的條件下，表明球體與閥座處于臨界接觸狀態，這與浮動式球閥的密封原理相一致。

4結語

運用運動仿真模擬真實環境中模型的工作狀況，檢驗機構可能存在的機械干涉，可以對產品運動性能及結構設計缺陷進行分析和判斷，以發現設計中的缺陷和潛在的產品質量問題。從而提前對模型進行完善，以避免設計后期對模型反復的修改，進而縮短產品設計周期，并降低生產成本。

參考文獻：

［1］吳堂榮，唐勇，孫曄．LNG船用超低溫閥門設計研究［J］．船舶工程，2010，(2):73－78．

［2］陸志強，張超．淺談低溫閥門的設計及安裝要求［J］．科技信息，2010(13):495－496．

［3］梁曉剛，陳宗華．低溫閥門設計技術研究及分析［J］．化工設備與防腐蝕，2003(5):8－11．

作者:王建新 熊冬慶 高峰峰 吳斌 單位:江蘇神通閥門股份有限公司 環境保護部核與輻射安全中心 南京林業大學