基于COSMOSWORKS的固定球阀密封比压的分析研究

　　1 概述

　　COSMOSWORKS是完全整合在中的设计分析系统，它提供压力、频率、约束、热量，和优化分析。为设计工程师在的环境下，提供比较完整的分析手段。凭借先进的快速有限元技术(FFE)，工程师能非常迅速地实现对大规模复杂设计的分析和验证，并且获得修正和优化设计所需的必要信息。分析的模型和结果与共享一个数据库，从而有效避免了设计分析数据的双向转换操作。在几何模型上，可以直接定义载荷和边界条件，设计数据库也会相应的自动更新，计算结果会直观地显示在的设计模型上。从而可以大大提高设计的效率。

　　本文正是基于COSMOSWORKS的上述优点，首先在SOUDWORKS中对固定球阀进行实体建模，初步排除设计过程中简单尺寸干涉问题。以固定球阀的阀座为重点研究对象，因为阀座保证阀门的密封性，如果阀座出现问题，整个阀门就无法正常工作，所以，阀座的设计在整个阀门的设计中占有举足轻重的作用。然而在阀座的工程设计过程中，阀坐密封面上总作用力及密封比压的计算在实际设计中使用的是经验或修正公式，利用现有手段，这两种参数不易准确测出。本文应用COSMOSWORKS有限元分析软件计算了模拟工况下固定球阀的密封比压，并与理论的计算公式进行了对比，从而为阀门的设计提供了相对准确的参考。

　　2 固定球阀的实体建模

　　本文以DN239、PN25的固定球阀设计为例，在中首先对固定球阀的各个零部件进行实体建模，并对各零部件进行组装，生成装配图，如图1所示。其中截面剖视图，如图2所示。对装配体进行干涉检查，得到装配体各零件之间没有干涉，如图3所示。

　　图1 生成装配图

　　图2 截面剖视图

　　图3 装配体零件

　　3 有限元分析

　　3.1 固定球阀的密封机理

　　本例中的固定球阀采用的阀前密封，球阀密封原理图，如图4所示。P、P1为阀前和中腔的流体压力。当阀门采用前密封时压差(P-P1)＞0。当压差大到一定程度，即在密封副表面造成一定的压紧比压时，此比压将引起阀座弹塑性交形，填塞密封面上的微观不平度以阻止流体从密封副间通过。当压差较小或阀座采用金属材料制作时，依靠压差不能达到完全密封，此时必须另加一个密封外力，以加大压紧比压。压紧比压所引起的密封副变形，应在材料的弹性极限范围内，并有不大的残余变形。如果密封副表面粗糙，球体圆度偏差较大，则保证密封所需的压紧比压就大，残余变形也大。