運用ANSYS 軟件對J969Y-2500 電動高加三通閥的閥體結構進行了應力分析，得到了其綜合應力分布規律，對綜合應力分析結果進行了應力強度評定，為高加三通閥的結構設計和改進提供了科學的理論依據，分析和評定結果表明: 閥體的應力強度滿足美國ASME Ⅷ-2 標準和我國JB 4732-95 對強度的要求。

1、概述

　　高加電動三通閥作為超( 超) 臨界火電機組的關鍵配套產品，是保證機組安全、經濟運行的重要設備之一。高加電動三通閥的作用在于切斷高壓加熱器進水，啟動給水自動旁路，讓給水旁路直接送往鍋爐，保護高壓加熱器。在超( 超) 臨界條件下，高加電動三通閥的強度和剛度尤其重要，常規的經驗公式進行閥體壁厚計算只能滿足強度的要求，但無法了解閥門的應力分布和變形情況，且在這種情況下，熱應力值較大，不能忽略，若采用理論公式計算熱應力，計算過程復雜，誤差較大，因此需要采用更有效的設計方法。本文采用ANSYS軟件對J969Y-2500 電動高加三通閥進行應力分析，對于促進“超( 超) 臨界火電機組關鍵閥門國產化”具有十分重要的意義。

2、閥門的設計參數

　　J969Y-2500 電動高加三通閥結構如圖1 所示。

圖1 J969Y-2500 電動高加三通閥模型

　　閥門的技術條件: 公稱壓力: 42MPa; 設計壓力: 35.9MPa; 設計溫度: 300 ℃; 最大開啟/關閉壓差: 3MPa; 口徑: 18" ; 接管規格和材料: ��559 × 60 /15NiCuMoNb5 - 6 - 4; 閥體材料WB36 /15NiCuMoNb5 - 6 - 4; 執行機構: 電動裝置; 電動啟閉時間≤50s; 結構形式: 三通; 連接形式: 對接焊。

3、閥體結構的有限元分析

3.1、提出問題

　　電動高加三通閥在使用的過程中，由于介質壓力很高，閥芯在小開度時出現噪聲和振動，使閥芯閥桿抖動，存在泄漏隱患以及旁路閥座檢修困難等主要問題。本次分析的設想是確定閥體機構強度的薄弱點，驗證強度是否滿足設計要求，提出產品結構合理設計方案。

3.2、實體造型

　　采用三維繪圖軟件SolidWorks 建模，由于該閥體的結構規則且閥體的載荷等具有對稱性，取主閥閥體的1 /2 進行有限元分析。造型過程中將圓角、倒角等對產品性能沒有多大影響的特征忽略。

3.3、模型分析

　　將SolidWorks 軟件中的模型導入到ANSYS中( 圖2) 。比較導入前后的模型，確保模型信息的完整。

圖2 ANSYS 中閥體對稱模型

3.4、材料屬性與網格劃分

　　閥體材料為WB36，彈性模量為1.92 ×105MPa( 300℃) ，屈服強度為450MPa，抗拉強度為610MPa，許用應力為183MPa( 300℃) 。

　　對閥體網格劃分的過程中，充分利用自適應網格劃分技術在模型尺寸發生突變處自動將網格細化的功能，使整個模型自動分配網格，劃分后的模型有408944 個節點，283315 個單元。網格模型如圖3 所示。

圖3 閥體模型的網格劃分

3.5、載荷與約束施加

　　對閥體進行穩態應力有限元分析能夠反映閥體的強度承載情況。閥體處于穩定工況時，取內部極限溫度300℃，環境參考溫度27℃，對流換熱系數取5 W/( m²·K) 。

　　對閥體承受的載荷和約束做如下設定:

　　(1) 對閥體入口端施加約束;

　　(2) 對閥體下出口端施加約束;

　　(3) 對閥門沿中心線的剖面位置施加對稱約束，并將對稱面上的方向位移設置為0;

　　(4) 閥體內表面施加介質壓35.9MPa，外表面為自由面。

3.6、求解

　　有限元法的原理是將連續的組合體離散為單元的組合體，用每個單元內假設的近似函數分片的表示求解域內待求的未知場變量，近似函數用未知場函數在單元各節點的數值和與其對應的插值函數來表達。從而使一個無窮多自由度問題變成有限自由度問題。類似本例小變形線性結構分析的過程，直接使用默認求解命令進行求解就能達到要求。