高溫高壓球閥的熱力耦合分析與研究.pdf

1、火力發(fā)電系統(tǒng)的多數(shù)設(shè)備長(zhǎng)期處于高溫高壓的苛刻工況，閥門作為電站系統(tǒng)的輔助設(shè)備之一，在工作過程中不僅要承受很高的壓力與溫度，而且還會(huì)受到高速流動(dòng)介質(zhì)沖刷與腐蝕，因此電站閥門的性能要求非常高。本文針對(duì)中國(guó)環(huán)球閥門有限公司生產(chǎn)的高溫高壓球閥，對(duì)其建立了有限元模型，由溫壓等級(jí)表?yè)Q算得到所設(shè)計(jì)的球閥在實(shí)際工況下對(duì)應(yīng)的溫度與壓力，基于傅里葉導(dǎo)熱微分方程對(duì)實(shí)際工況下的傳熱過程進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)高溫高壓球閥在備用工況和操作工況下的溫度場(chǎng)進(jìn)行了求解；借助于有

2、限元分析軟件對(duì)球閥裝配體在介質(zhì)壓力作用下所產(chǎn)生的等效應(yīng)力與其在熱力耦合場(chǎng)作用下的等效應(yīng)力做了具體的分析，并對(duì)閥芯在不同開度下的磨損情況做了分析，得到的結(jié)論對(duì)電站球閥的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。
　?。?）對(duì)球閥做了具體的受力分析，計(jì)算閥門密封面上的作用力與閥門的密封比壓，并對(duì)主要承載部件的強(qiáng)度進(jìn)行校核。
　?。?）對(duì)球閥在備用工況和操作工況下的溫度場(chǎng)求解，將所得到的溫度場(chǎng)作為載荷施加到球閥結(jié)構(gòu)上，對(duì)其進(jìn)行熱力耦合分析，得到球閥在

3、熱力耦合作用下的等效應(yīng)力；對(duì)球閥在只受介質(zhì)壓力作用下進(jìn)行靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，將所得到的應(yīng)力場(chǎng)與熱力耦合作用下的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行比較，得出熱應(yīng)力與壓應(yīng)力之間有一定的抵消作用；迭代求解溫度與最大等效應(yīng)力的四階樣條插值函數(shù)，得到了溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)相互影響的臨界條件。
　?。?）在熱力耦合場(chǎng)的作用下盡管等效應(yīng)力有所減小，但應(yīng)變反而比以前大了，為了保證閥門有好的密封性，對(duì)應(yīng)變最大的球體結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)在耦合場(chǎng)作用下的應(yīng)變量變小了

4、很多，改善了閥門的密封性能。
　?。?）球體外鍍層不僅可以提高球體硬度、改善表面粗糙度的作用，本文對(duì)鍍層與球體分別建模，進(jìn)行裝配分析，得到鍍層的厚度對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響關(guān)系曲線，找出了在實(shí)際工況下求體外鍍層的最佳厚度。
　　（5）球閥在操作的過程中，閥芯開度的不同會(huì)影響介質(zhì)的流速進(jìn)而影響到壁面的磨損速率，通過對(duì)閥芯不同開度下壁面磨損速率及內(nèi)部介質(zhì)流速的模擬計(jì)算，得出隨著閥芯開度的不斷增大，壁面磨損速率和介質(zhì)流速相繼減小，壁面磨