熱風(fēng)閥溫度場(chǎng)的有限元分析

　　介紹了熱風(fēng)閥閥板的有限元分析方法，探討了閥門(mén)在關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)間內溫度場(chǎng)對熱風(fēng)閥閥板的影響，驗證了模擬分析結果與實(shí)際工況相吻合，說(shuō)明了模擬分析有利于熱風(fēng)閥結構的改進(jìn)。

1、概述

　　熱風(fēng)閥是煉鐵高爐熱風(fēng)爐系統的主要設備之一，長(cháng)期工作在約1300℃的高溫狀態(tài)下，其閥板壽命直接關(guān)系到閥門(mén)的使用壽命。一般情況下熱風(fēng)閥的閥板均采用Q235B 的焊接件，內部通水進(jìn)行冷卻，外部澆注耐火材料。在實(shí)際使用中經(jīng)常出現因閥板損壞而導致閥門(mén)損壞的情況。由于熱風(fēng)閥的傳熱過(guò)程包括熱傳導、熱對流及熱輻射3 種形式，屬于復合傳熱，且閥門(mén)結構較復雜，材料種類(lèi)多，傳統的解析法很難得到準確的分析結果。本文主要通過(guò)有限元法對熱風(fēng)閥的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析。

2、建立模型

　　根據熱風(fēng)閥的實(shí)際工況條件，建立了4 種有限元模型。閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)閥板換熱模型( 圖1) 、閥門(mén)關(guān)閉時(shí)閥板換熱模型( 圖2) 、閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)閥板外水圈同外界的換熱模型( 圖3) 和閥門(mén)關(guān)閉時(shí)閥板外水圈同外界的換熱模型( 圖4) 。為了較真實(shí)的反應熱風(fēng)閥的工作狀況，對其進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉兩種工況的分析。開(kāi)啟時(shí)間設為45 min，關(guān)閉時(shí)間設為90 min。為了計算簡(jiǎn)便，對模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并假設水道分布均勻。

圖1 閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)閥板傳熱模型

圖2 閥門(mén)關(guān)閉時(shí)閥板傳熱模型

圖3 閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)外水圈輻射傳熱模型

圖4 閥門(mén)關(guān)閉時(shí)外水圈輻射傳熱模型

3、網(wǎng)格劃分

　　采用自適應網(wǎng)格劃分技術(shù)使整個(gè)模型自動(dòng)分配網(wǎng)格形式，考慮前后處理加載方式及結果的精確性，對網(wǎng)格進(jìn)行局部自定義( 圖5、圖6、圖7) 。

圖5 閥門(mén)關(guān)閉時(shí)閥板有限元模型

圖6 閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)閥板有限元模型

圖7 閥門(mén)外水圈有限元模型

4、結語(yǔ)

　　通過(guò)建立有限元分析模型，根據閥門(mén)實(shí)際工況，考慮材料參數隨溫度變化的非線(xiàn)性，對熱風(fēng)閥的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬和分析，得出的閥門(mén)失效形式和實(shí)效區域與實(shí)際使用情況一致，說(shuō)明了模擬的準確性，為熱風(fēng)閥結構改進(jìn)和質(zhì)量提高創(chuàng )造了條件。