法蘭閘閥閥座受力分析

雙側(cè)密封式法蘭閘閥是通過(guò)增強(qiáng)閥瓣對(duì)閥座的推力而實(shí)現(xiàn)的，接觸的壓力應(yīng)大于進(jìn)口管道內(nèi)流體的壓力。這種法蘭閘閥的缺點(diǎn)是，如果是在冷態(tài)下閉合的，后來(lái)進(jìn)入熱態(tài)，閥瓣就會(huì)出現(xiàn)膨脹狀態(tài)，于是形成閉合位置卡緊，當(dāng)再次開(kāi)啟閥門(mén)時(shí)就會(huì)較為困難，這種情況就是被我們俗稱的“下炕”。良好狀態(tài)的法蘭閘閥都是實(shí)現(xiàn)單側(cè)密封。平行式法蘭閘閥也只能與出口位置的閥座實(shí)現(xiàn)單側(cè)密封。標(biāo)準(zhǔn)的楔式閥瓣法蘭閘閥情況也一樣，壓力使閥內(nèi)的進(jìn)口側(cè)閥瓣變形，流體流過(guò)閥內(nèi)進(jìn)口側(cè)閥瓣直至閥腔達(dá)到壓力平衡。因此來(lái)引出出口處閥座受介質(zhì)外壓作用而產(chǎn)生的強(qiáng)度問(wèn)題。

介質(zhì)進(jìn)入閥體中腔后，作用于出口側(cè)（左側(cè)）的閥瓣，在左側(cè)閥座與閥瓣密封面處形成一個(gè)密封比壓，阻止介質(zhì)的流通。同時(shí)介質(zhì)作用于閥體與左側(cè)閥座之間的間隙，使左側(cè)閥座外側(cè)受到介質(zhì)壓力的作用。在對(duì)左側(cè)閥座進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，就是應(yīng)對(duì)閥座受外壓的狀態(tài)進(jìn)行分析，而使用規(guī)則設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能解決如此復(fù)雜的問(wèn)題。在本文中采用分析設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行楔式雙閘板閥座的強(qiáng)度校核。

通過(guò)對(duì)閥座的受力分析可知，閥座與閥體焊接處為固定約束，閥座外腔受到介質(zhì)壓力的作用，閥座密封面處受到閥瓣的密封比壓的作用。

把實(shí)體模型轉(zhuǎn)入 ANSYS 中進(jìn)行分析，選擇磚型六面體單元Solid45，輸入材料的彈性模量和柏松比（如《表 1》所示），采用自由網(wǎng)格劃分模型，默認(rèn)求解器求解，得出閥座的應(yīng)力云圖和應(yīng)變?cè)茍D。

《表 1》 材料為 12Cr1MoV

由應(yīng)力分析可知，閥座的最大應(yīng)力出現(xiàn)在閥座內(nèi)腔與閥座和閥體焊接連接處，閥座形狀在該位置變化較為劇烈且存在尖角，應(yīng)屬于峰值應(yīng)力，在該處選取應(yīng)力評(píng)定線，按 JB4732-95 的應(yīng)力分類原則（如《表 2》所示）對(duì)應(yīng)力評(píng)定線上的應(yīng)力進(jìn)行分類，得出評(píng)定線上的薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，分別與限定值進(jìn)行比較，即可得出閥座的設(shè)計(jì)是否合理。

《表 2》 各類應(yīng)力強(qiáng)度的限制