基于A(yíng)BAQUS的高壓球閥球體有限元分析

　　在球閥的設計制造中，為盡可能地保證產(chǎn)品質(zhì)量和縮短產(chǎn)品制造周期、延長(cháng)產(chǎn)品使用壽命，在對球體的受力情況進(jìn)行理論分析的基礎上，對3種工況下球體的受力情況進(jìn)行了有限元模擬，并對球體整體應力、最大變形處與最薄弱環(huán)節做了評價(jià)，找出整個(gè)球體的應力大小及載荷分布情況，得出此類(lèi)球閥能夠滿(mǎn)足強度要求的結論。

　　傳統的球閥在使用過(guò)程中，常常因為球體與閥座的配合誤差而導致咬傷、卡塞或劃傷等問(wèn)題。為了改善這些不足，現今在西氣東輸管道設計項目中使用了大口徑、耐高壓、耐腐蝕的高可靠性球閥。而在這種球閥的設計制造中，為盡可能地保證產(chǎn)品質(zhì)量、延長(cháng)產(chǎn)品的使用壽命，作者采用有限元數值模擬的方法，對3種工況下球體的受力情況進(jìn)行了強度分析，并對整體應力、最大變形處、最薄弱環(huán)節做了評價(jià)，這對預先檢測產(chǎn)品潛在的問(wèn)題，改善產(chǎn)品的可靠性和安全性，減少產(chǎn)品的制造費用及現場(chǎng)的設計和使用具有指導意義。

1、球體力學(xué)分析模型

　　球體結構為對稱(chēng)的薄壁結構，是整個(gè)球閥中體積和質(zhì)量最大、承受最高壓力的部件，其結構與材料質(zhì)量直接影響內部應力分布和產(chǎn)品的安全性，當球閥工作時(shí)，球體在開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中，管道內的氣體將會(huì )流向中腔內部，所以對其進(jìn)行強度分析十分必要。在此，選取3種工況下球體的受力情況進(jìn)行分析，圖1為某大型球閥的結構圖。

　　(1)流道內有壓力10MPa，中腔無(wú)壓力由于球閥尚未開(kāi)啟，流入管道內的氣體直接作用在閥座支撐圈上，壓迫閥座緊壓球體產(chǎn)生預密封作用，管道內的氣體將不能通過(guò)縫隙進(jìn)入中腔內部。因此在分析時(shí)，球體上游端在流道內介質(zhì)壓力(10MPa)的作用下，使閥座支承圈和閥座一起壓向球體。

圖1 某型號大口徑球閥裝配圖

　　(2)流道內壓力10MPa，中腔內壓力13.3MPa在特定的條件下，管道內的氣體進(jìn)入中腔，這時(shí)球體將受兩種載荷的作用:第一種是在上游端流道內介質(zhì)壓力(10MPa)的作用，使閥座支承圈和閥座一起壓向球體；第二種是在下游端中腔內介質(zhì)壓力(13.3MPa)的作用，使閥座支承圈和閥座一起壓向球體。

　　(3)流道內無(wú)壓力，中腔內壓力13.3MPa(試驗工況)當中腔壓力為13.3MPa、兩端流道無(wú)壓力時(shí)，此時(shí)球體的上游端和下游端同時(shí)受到中腔內介質(zhì)壓力(13.3MPa)的作用，使閥座支承圈和閥座一起壓向球體。

結論

　　(1)閥體有限元分析結果表明，無(wú)論在10MPa的工作壓力下還是在閥體無(wú)袖管時(shí)13.3MPa的試驗壓力下，閥體都有足夠的強度保證安全。最大應力值在閥體和袖管連接處，閥體的最大位移保持在0.75mm以下。

　　(2)從對球體在3種不同壓力載荷作用下的分析結果可以得出:在3種不同工況下，球體所受到的應力值變化不大，都處在100MPa以下；3種情況下球體的位移量都處在一個(gè)很小的范圍，對球閥的密封影響不會(huì )太大。因此，在上述3種不同實(shí)際工況下，球體工作狀態(tài)都比較安全。