天然氣分輸減壓閥流場(chǎng)模擬及低溫應力場(chǎng)計算

　　利用有限元分析軟件ANSYS，模擬實(shí)際工況載荷，對天然氣分輸站減壓閥進(jìn)行了天然氣流場(chǎng)、閥體有限元靜力及熱應力分析。依據分析結果，得出閥內流場(chǎng)及熱應力分布規律，找出閥體結構的薄弱部位，為工況條件下閥體的安全可靠性評估提供依據。

　　1、概述

　　分輸站是直接聯(lián)系站場(chǎng)和下游用戶(hù)安全的紐帶，減壓閥在天然氣分輸站中擔負著(zhù)為下游用戶(hù)平穩提供安全氣源的任務(wù)，也是保證輸氣干線(xiàn)壓力和流量相對穩定的基礎。減壓閥結構復雜，在工況壓力下變形不協(xié)調、應力集中嚴重，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為容易造成閥體的強度失效，降低閥體的使用壽命，造成天然氣泄露等問(wèn)題。

　　本文以有限元分析軟件ANSYS 作為分析平臺，建立了閥體及流體有限元模型，通過(guò)模擬實(shí)際工況施加載荷，獲得了天然氣在分輸過(guò)程中的壓力和流速變化規律及應力與變形的大小及分布狀況。

　　2、閥體建模

　　2.1、物理模型

　　閥體建模時(shí)，依據準確性與經(jīng)濟性原則做出簡(jiǎn)化。

　　(1) 不考慮閥體頂端的氣體連通結構，簡(jiǎn)化閥蓋和上端的發(fā)動(dòng)機，不考慮發(fā)動(dòng)機的重力和發(fā)動(dòng)機工作時(shí)的振動(dòng)對閥體受力的影響。

　　(2) 去除對計算結果影響較小的倒角、密封材料、螺栓和尺寸較小的結構等。

　　(3) 按照真正的尺寸和比例將閥籠的小圓孔簡(jiǎn)化成條狀通路。

　　(4) 對于閥體的主要結構，如閥體及前后管段的壁厚、閥體的內腔尺寸，嚴格按照實(shí)際尺寸建模。

　　2.2、有限元模型

　　減壓閥由閥體、閥桿、閥蓋，閥板、閥套、閥籠和密封件等組成( 圖1) 。減壓閥規格為DN150 /300，閥體進(jìn)氣端直徑為150mm，出氣端直徑為300mm，進(jìn)、出氣管端面間距為840mm，閥籠厚度為20mm，直徑為5mm 的圓孔有550 個(gè)，閥腔內徑為380mm、外徑470mm，上下閥體連接處到下閥體底部高度為600mm、到上閥體頂部高度為1 100mm。根據實(shí)際尺寸建立等比例閥體模型。

圖1 減壓閥

　　3、結語(yǔ)

　　減壓閥閥體及閥內流體的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、靜力及熱應力分析結果表明，閥門(mén)在閥內流體流速、壓力分布不均勻及環(huán)境低溫的影響下，可以滿(mǎn)足實(shí)際工況使用條件的要求。