基于SolidWorks Simulation的軌道式球閥密封比壓有限元分析

　　基于SolidWorksSimulation有限元分析軟件，對軌道式球閥密封比壓進(jìn)行了數值求解分析，得出了密封面密封比壓分布規律曲線(xiàn)，可以此作為閥門(mén)密封性能驗算和確定閥門(mén)執行機構規格的技術(shù)依據。軌道式球閥在動(dòng)作中具有密封面無(wú)磨損的特點(diǎn)，且具有良好的密封性能，可實(shí)現硬密封零泄漏，主要應用于要求使用壽命長(cháng)且需嚴格密封的場(chǎng)合。

　　目前，在國內煤化工項目中，液氮洗單元普遍選用軌道式球閥，每個(gè)液氮洗單元需要軌道式球閥10余臺。長(cháng)期以來(lái)，國內市場(chǎng)上基本為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格非常昂貴，售后不及時(shí)，出現故障得不到及時(shí)維修，用戶(hù)損失較大。為此，軌道式球閥的國產(chǎn)化受到國內用戶(hù)和閥門(mén)生產(chǎn)廠(chǎng)家的極大關(guān)注。

1、軌道式球閥的結構及工作原理

　　氣動(dòng)金屬硬密封軌道式球閥由閥體、閥蓋、球體、閥桿、耳軸軸套、銷(xiāo)軸、閥桿軸套、導向銷(xiāo)釘及氣動(dòng)執行器等零部件組成，如圖1所示。

　　工作原理：氣動(dòng)執行器輸出軸在氣源壓力作用下上下移動(dòng)，當氣動(dòng)執行器輸出軸向上移動(dòng)，帶動(dòng)閥桿上升，此時(shí)導向銷(xiāo)與閥桿上的螺旋槽直行程段限制閥桿只作上升運動(dòng)，閥桿下部斜面與銷(xiāo)軸配合，使球體先向左偏移角度，密封副脫離。閥桿繼續上升，導向銷(xiāo)與閥桿螺旋槽配合，使閥桿作90°轉動(dòng)。這時(shí)閥桿下部扁面與銷(xiāo)軸配合，帶動(dòng)球體作90°旋轉后，閥門(mén)開(kāi)啟。反之，當氣動(dòng)執行器輸出軸下移，帶動(dòng)閥桿下降，此時(shí)導向銷(xiāo)與閥桿的螺旋槽配合，使閥桿作90°轉動(dòng)，閥桿下部扁面與銷(xiāo)軸配合，帶動(dòng)球體作90°轉動(dòng)后，球體密封面對正閥座密封面。閥桿繼續下降，這時(shí)導向銷(xiāo)限制閥桿只作下降運動(dòng)，閥桿的下部斜面與銷(xiāo)軸配合，產(chǎn)生楔緊力，帶動(dòng)球體壓緊閥座，閥門(mén)關(guān)閉。閥桿仍可繼續下降，對密封面繼續施加強制密封力。

1-閥體;2-閥座;3-球體;4-球體銷(xiāo)軸;5-閥蓋;6-下閥桿軸套;7-上閥桿軸套;8-填料;9-填料壓套;10-填料壓板;11-閥桿導銷(xiāo);12-閥桿;13-氣動(dòng)執行器輸出軸;14-支架;15-氣動(dòng)執行器

圖1 氣動(dòng)金屬硬密封軌道式球閥結構

　　軌道式球閥的密封性能是評價(jià)閥門(mén)性能的重要指標。因軌道式球閥的密封由閥桿對球體局部的楔緊力來(lái)實(shí)現，導致密封面密封比壓分布不均勻，致使真實(shí)密封比壓難以描述和計算。本文基于SolidWorksSimulation有限元分析軟件，對軌道式球閥密封比壓進(jìn)行了數值分析，實(shí)踐表明，該方法分析過(guò)程簡(jiǎn)便，計算結果可較準確地反映實(shí)際受力情況。

3、結語(yǔ)

　　(1)利用SolidWorksSimulation軟件，對軌道式球閥進(jìn)行密封比壓數值分析，得到的結果顯示，密封比壓沿密封面圓周方向分布不均勻，在同一截面沿縱向分布也不均勻，且得到的曲線(xiàn)分布規律符合閥門(mén)密封面實(shí)際受力情況。通過(guò)試驗證明，采用該分析方法選取或設計執行機構，滿(mǎn)足閥門(mén)零泄漏的密封要求，因此，該分析方法合理、結果準確。該設計和分析方法同樣可以為其他機械產(chǎn)品設計和分析提供借鑒，具有一定的工程實(shí)用價(jià)值。

　　(2)通過(guò)對重點(diǎn)區域進(jìn)行分析，繪制密封比壓應力分布曲線(xiàn)，使設計人員更加直觀(guān)地掌握密封面內部受力情況，從而全面地對產(chǎn)品進(jìn)行評估，更加合理地選取或設計執行機構的規格。

　　本文采用的數值分析方法，改變了傳統設計理念，尤其適用在實(shí)際受力過(guò)程無(wú)法用理論精確計算的場(chǎng)合�；�于SolidWorksSimulation的有限元分析方法，可以?xún)?yōu)化工作流程，大幅度縮短產(chǎn)品設計周期尤其是新產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低設計成本，提高機械產(chǎn)品的綜合性能，對促進(jìn)煤化工專(zhuān)用閥門(mén)的發(fā)展有重要意義。