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

閥體模型及網格劃分

       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

       有限元網格單元類型采用8節點塊單元,材料的機械性能為Ex=70GPa,ε=0.133 。變形計算結果見圖6, 應力計算結果見圖7 。

圖7 　應力分布結果

　   由變形計算結果圖可知,閥體向兩側鼓出變形,最大變形發生在閥體的中心區域,中心最大變形為01061mm,最大變形區域的應力為1217MPa。由應力分布圖可知,閥體的最大應力發生在閥體兩側中部加強筋外側,最大應力為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,結構設計獨特,設計的鋼珠頂置式機械脹縮密封機構,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、高低溫環境適應性試驗等多項試驗,各項試驗結果表明該閥性能優越。