低溫球閥密封結(jié)構(gòu)研究

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1、低溫球閥密封結(jié)構(gòu)研究 低溫球閥密封結(jié)構(gòu)研究 2016/11/21 《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(gòu)運動仿真模擬檢測密封部位的干涉情況。 關(guān)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(yīng)用，在LNG的運輸、儲存、液化和氣化等工藝系統(tǒng)中均要用到低溫球閥，

2、低溫球閥的結(jié)構(gòu)合理性將直接影響著工藝系統(tǒng)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(gòu)運動仿真模擬，檢測了密封部位的干涉情況，為產(chǎn)品設(shè)計提供了參考數(shù)據(jù)。 2密封結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)簡單，密封性能良好，由于球體所承受的工作介質(zhì)壓力全部傳遞給了出口端閥座密封圈，因此，這種結(jié)構(gòu)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(nèi)腔閥座孔內(nèi)。球體通過兩個固定閥座的支撐作用放置在閥體空腔內(nèi)。閥體、加長外桿和連接盤通過焊接

3、連接在一起。閥桿放置在加長外桿內(nèi)，通過球體的支撐與對開卡環(huán)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?shù)臄Q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(nèi)密封。外密封性能是指閥桿、對開卡環(huán)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(nèi)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(dāng)閥門處于開啟狀態(tài)，介質(zhì)順利地從出口端流出。當(dāng)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時，球體右端擋住介質(zhì)的流入，在介質(zhì)的壓強作用下，球體本身能產(chǎn)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．

4、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(xiàn)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(zhuǎn)自由度，并設(shè)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(jìn)行運動仿真分析(圖4)，查看組件機構(gòu)運動時的完整性以及初步檢驗機構(gòu)內(nèi)密封副的干涉情況。(1)根據(jù)球閥裝配圖進(jìn)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(jìn)行相對運動，這樣組裝的機構(gòu)中只有唯一一個運動主體，保證了整個機構(gòu)的自由度為1。在設(shè)置機構(gòu)中的動力裝置(即伺服電動

5、機)時，只需定義1個動力源，使機構(gòu)進(jìn)行運行，符合實際工作情況。(2)在創(chuàng)建伺服電動機中，由于具有自由度的構(gòu)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(tǒng)一為主體部分，其余部件為基礎(chǔ)部分。主體部分可根據(jù)定義的伺服電動機的運動情況運行，而基礎(chǔ)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(jìn)行相關(guān)的力學(xué)分析，因此采用默認(rèn)設(shè)置，并不設(shè)置詳細(xì)的運動環(huán)境。(4)在設(shè)置機構(gòu)運動條件時，主要建立了主體的位置關(guān)系，以余弦函數(shù)為例，設(shè)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(jìn)行運動仿真時設(shè)置總的運動時間為15s，

6、即半個周期，主體旋轉(zhuǎn)90。(5)獲取分析結(jié)果，錄制運動干涉影像，并測量球閥內(nèi)密封結(jié)構(gòu)的干涉量對運動干涉檢測的影響進(jìn)行研究總結(jié)(圖7)。 3．3分析 根據(jù)球閥各機構(gòu)運動仿真過程及干涉檢查結(jié)果分析，獲得密封副干涉結(jié)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(tài)下。 (2)在進(jìn)行局部干涉測量時，并不能得到球體與閥座的相關(guān)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(jìn)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

7、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(tài)，這與浮動式球閥的密封原理相一致。 4結(jié)語 運用運動仿真模擬真實環(huán)境中模型的工作狀況，檢驗機構(gòu)可能存在的機械干涉，可以對產(chǎn)品運動性能及結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷進(jìn)行分析和判斷，以發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的缺陷和潛在的產(chǎn)品質(zhì)量問題。從而提前對模型進(jìn)行完善，以避免設(shè)計后期對模型反復(fù)的修改，進(jìn)而縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，并降低生產(chǎn)成本。 參考文獻(xiàn)： ［1］吳堂榮，唐勇，孫曄．LNG船用超低溫閥門設(shè)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(shè)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(shè)計技術(shù)研究及分析［J］．化工設(shè)備與防腐蝕，2003(5):8－11．