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眼鏡閥主要用于冶金化工能源及市政等系統(tǒng)的煤氣管道上，是一種理想的氣體隔斷閥，它作為一種能夠完全切斷的管道設(shè)備，是高爐煤氣管道中的關(guān)鍵設(shè)備之一。眼鏡閥是一種常開閥門，僅在高爐休風(fēng)時(shí)才關(guān)閉。工作介質(zhì)為高爐荒煤氣和混合煤氣，工作溫度50～280℃，煤氣壓力0.01～0.28MPa，密封結(jié)構(gòu)通常采用水冷保護(hù)、軟密封O型圈；采用清掃裝置清除密封的粘結(jié)的灰塵和塵垢。所實(shí)現(xiàn)的功能是在高爐休風(fēng)期間，對(duì)管道中的各種設(shè)備進(jìn)行檢修、更換時(shí)起切斷作用。閥的性能直接影響到管路系統(tǒng)及維修操作人員的安全，在設(shè)計(jì)制造驗(yàn)收過程中要求相當(dāng)嚴(yán)格，必須密封可靠，無任何泄漏。因此，應(yīng)該有一個(gè)合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，保證其性能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用有限元技術(shù)的三維設(shè)計(jì)、分析方法已經(jīng)成熟，并提供了一種簡單可行的設(shè)計(jì)、計(jì)算強(qiáng)度的方法。本文以DN2020全封閉式眼鏡閥的主閥體為例，應(yīng)用三維有限元分析軟件進(jìn)行應(yīng)力分析。
1)設(shè)計(jì)參數(shù)：
工作溫度≤280℃；
設(shè)計(jì)壓力≤0.2MPa；
閥體材料：普通碳鋼；
材料彈性模量：2.1e+5MPa
抗剪模量：7.9e+4MPa
張力強(qiáng)度：3.9983e+2MPa
屈服強(qiáng)度：2.2059e+2MPa
2)三維模型的構(gòu)建：
DN2020全封閉式眼鏡閥的主閥體用Solidworks軟件通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、抽殼等命令建立三維零件模型(具體建模過程略)，三維建模如圖1所示。
運(yùn)用COSMOSWorks軟件進(jìn)行應(yīng)力分析;其材料屬性的設(shè)置和初始條件的設(shè)定依靠分析向?qū)韺?shí)現(xiàn)。
1)點(diǎn)選COSMOSWorks菜單，選擇算例－定義名稱－實(shí)體網(wǎng)格－靜態(tài)，確認(rèn)后生成算例。
2)依次設(shè)定實(shí)體的載荷和約束信息：于兩端圓法蘭。
原封閉式眼鏡閥在介質(zhì)壓力高的工況下易產(chǎn)生強(qiáng)度、剛度不足等現(xiàn)象，易有煤氣泄漏發(fā)生，過去由于計(jì)算方法的限制，只能根據(jù)一些簡單公式估算，或根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，哪個(gè)部位強(qiáng)度不足就補(bǔ)哪，這種方法不能全面的指出閥門整體的薄弱環(huán)節(jié)，而且盲目的加筋使閥門重量增加太多。采用有限元技術(shù)的三維設(shè)計(jì)、分析方法可根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)、工況條件，結(jié)合設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、計(jì)算等方法綜合進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)比，多次篩選、分析，最終找出一種合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文將三維軟件的設(shè)計(jì)、分析引用到眼鏡閥的設(shè)計(jì)中，改變了原始的“設(shè)計(jì)－制造－更改設(shè)計(jì)－再制造”的多次循環(huán)的舊習(xí)慣，節(jié)省了材料、縮短了設(shè)計(jì)、制造周期，實(shí)現(xiàn)了由精準(zhǔn)設(shè)計(jì)到制造的緊密結(jié)合。此分析過程運(yùn)用COSMOSWorks軟件功能對(duì)材質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了精確的提取，模擬實(shí)際工況(溫度、壓力等)條件下的實(shí)際受力狀態(tài)，為此類閥門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、改進(jìn)提供了參考，其建模、分析過程對(duì)不同型號(hào)、不同類型的閥門的設(shè)計(jì)、有限元分析具有借鑒作用。優(yōu)化改進(jìn)后的DN2020全封閉式眼鏡閥的主閥體，最小安全系數(shù)由原來的1.1提升到1.3，且重量比原來輕了600kg，減輕重量比重約占7%。此產(chǎn)品已應(yīng)用在某鋼廠的煤氣系統(tǒng)中，使用效果良好。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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