基于通用有限元分析软件ABAQUS,对某公司X80钢全焊接球阀的连接法兰焊接工艺进行了热模拟,并以此提出焊接工艺优化方案,解决并优化该公司在全焊接球阀连接法兰焊缝的焊接工艺问题。

为研究全焊接球阀的抗震特性,利用振型分解反应谱法和从PEER地震数据库获取的实际地震数据,计算得到球阀在横向、纵向、竖向及组合地震载荷作用下球阀的地震响应,发现球阀在横向、纵向及组合地震载荷作用下,球阀阀体与管道连接处为危险位置;在竖向地震载荷作用下,最大应力出现在球体与支撑板的连接处。按照JB 4732标准对危险截面进行评价,结果表明全焊接球阀在地震载荷下安全;根据分析结果提出建议,在设计时可采用极限设计法,并且在安装使用过程中应重点关注危险截面处的横向和竖向位移。

针对全焊接球阀密封性欠佳的问题,以NPS16 Class600型球阀为例,对其密封结构的密封性能进行了理论推导、仿真分析和试验验证,并基于响应面法对密封结构参数进行了多目标优化设计。首先,利用试验设计法(DOE)及响应面法(RSM)建立了密封结构的优化模型,对密封结构进行了静力学分析;然后,搭建了试验平台,进行了密封结构的开口度测试,并根据测试结果对仿真分析结果进行了验证;利用ANSYS软件对浮动球球阀密封结构进行了静力学分析,并研究了球体的直径(d1)、阀座的厚度(D7)、中径(D10)、倒角(DA)对其密封性能的影响;最后,根据响应面优化(RSO)模块对密封结构参数进行了多目标优化设计,进一步验证了其优化效果及密封性能。研究结果表明:D10对最小间隙值(Cmin)的影响显著性最高,d1对最大等效应力(S1max)的影响显著性最高;在密封结构两参数耦合作用下,DA与D7对最小...

长输管线球阀在使用时可能承受管道沉降、移动、热应力等复杂载荷作用。为确保球阀安全运行,以某公司研发的城市供暖用特大口径全焊接管线球阀为例,基于有限元数值模拟方法,计算在操作工况下阀座密封圈与球体的接触压力,发现全开球阀阀座密封面的密封比压偏小,难以保证球阀的操作密封性能。研究了密封圈采用不同的密封宽度和压力角对密封性能的影响规律,结果表明,接触应力随着密封面宽度和压力角的减小而增大,当密封面宽度为15mm,密封压力角为43.25°时接触应力达到最大,满足密封要求。根据研究结果提出改进密封结构,改进后的密封圈采用双斜面与球体接触结构,球阀在开启状态下最大密封比压达到14.54MPa,最小值也大于密封必须比压,密封性能可靠。

运输有毒或可燃性气体的管道泄漏易导致起火、爆炸等灾难性后果。大口径球阀常用于矿山通风或天然气集输管道,球阀的密封性能是设备安全稳定运行的关键指标。文章在高压密封和低压密封工况下对40英寸全焊接球阀的密封结构组件正、反向密封时的密封性能展开研究。结果表明:正、反向密封时,高应力区出现在阀座支撑圈上,最大等效应力小于屈服强度;阀座密封圈的高应力和最大变形均出现在与阀座支撑圈接触的2个尖角位置。高压密封时,阀座与球体接触区域的接触压力均大于介质压力,满足密封要求。相比于高压密封工况,低压密封时阀座与球体的接触区域明显减小,需确保介质工作压力大于设计压力,防止过低的介质压力降低其密封性能。该研究可为大口径球阀密封压力范围的确定提供参考,为大口径球阀双向密封性能分析提供研究方法。

针对某公司设计的可在线带压更换阀杆密封组件式全焊接球阀球体,利用SolidWorks建立三维模型,然后导入ANSYS软件,通过分析全焊接球阀球体在3种工况下的应力和变形。由实验数据可知,球体的最大变形产生在流道边缘,球体上转轴根部的最大应力约为368 MPa,大于球体材料的屈服强度,产生局部应力集中;而球体外壁和流道内壁的应力均小于材料的许用应力。球体的最大变形产生在流道边缘处;密封面处的变形较大;由于在最大压差下受介质的作用,进口端阀座和介质接触侧球体的变形较为明显。研究表明,通过适当增大球体转轴根部过渡圆角半径有利于改善局部应力集中状况,本研究可为全焊接球阀设计与制造提供参考依据。