脹縮式輕便閘閥的閥體是空間殼體結(jié)構(gòu),形狀特殊,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,沒有合適的理論上的解析公式進行強度計算,只能采用數(shù)值法進行求解。利用有限元法計算出閥體的應(yīng)力與位移分布,進而驗算閥體的強度。

閥體模型及網(wǎng)格劃分

       閥體模型按照實際尺寸建立,同時為了簡化模型,提高計算速度,模型中略去小的倒角以及凹溝(圖5)。

圖5 　閥體網(wǎng)格劃分

邊界條件

       在進行閥體強度驗算時,取閥門強度試驗壓力作為工況條件。位移邊界尺寸是將閥體兩側(cè)的接口外端面及閥體上部的閥頸外端面固定,限制其運動。力邊界條件是將閥體內(nèi)部施加均勻壓力p=214MPa(閥門工作壓力為116MPa)。

有限元分析

       有限元網(wǎng)格單元類型采用8節(jié)點塊單元,材料的機械性能為Ex=70GPa,ε=0.133 。變形計算結(jié)果見圖6, 應(yīng)力計算結(jié)果見圖7 。

圖7 　應(yīng)力分布結(jié)果

　   由變形計算結(jié)果圖可知,閥體向兩側(cè)鼓出變形,最大變形發(fā)生在閥體的中心區(qū)域,中心最大變形為01061mm,最大變形區(qū)域的應(yīng)力為1217MPa。由應(yīng)力分布圖可知,閥體的最大應(yīng)力發(fā)生在閥體兩側(cè)中部加強筋外側(cè),最大應(yīng)力為5416MPa。閥體材料采用高強度的鑄鋁材料(ZL205),〔σb）=437MPa, 閥體的強度滿足要求。通過閥體強度試驗證明,該閘閥的閥體強度和剛度都滿足要求。

結(jié)語

       脹縮式輕便閘閥將普通閘閥的閥體和閥蓋合為一體,同時將普通閘閥的閥座與閥門接口組合為一體,結(jié)構(gòu)設(shè)計獨特,設(shè)計的鋼珠頂置式機械脹縮密封機構(gòu),具有密封可靠、閘閥密封面磨損小、使用壽命長和開閉阻力矩小等優(yōu)點。該閥進行了殼體強度試驗、雙向液體密封試驗、雙向氣體密封試驗、6000次靜壓壽命試驗、高低溫環(huán)境適應(yīng)性試驗等多項試驗,各項試驗結(jié)果表明該閥性能優(yōu)越。