超低溫球閥熱固耦合分析及密封材料性能研究.pdf

1、隨著我國石油化工、低溫工程和液化天然氣（LNG）產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對于低溫閥門，尤其是工作溫度在-150℃以下的超低溫閥門的需求量越來越大，并且國內(nèi)對于超低溫閥門設(shè)計(jì)生產(chǎn)的要求也越來越高。超低溫閥門的閥桿和填料在工作中極易發(fā)生凍結(jié)，從而影響閥門的開啟、關(guān)閉、密封性能以及使用壽命，因此，通常要求保證填料函底部的溫度達(dá)到0℃以上。在設(shè)計(jì)時(shí)，一般會(huì)采用長頸閥蓋加裝滴水盤的結(jié)構(gòu)，對于填料密封及其他關(guān)鍵部位的密封圈則多使用多重密封的結(jié)構(gòu)，同時(shí)密封材

2、料的選取也優(yōu)先考慮低溫性能優(yōu)秀的高分子材料。
　　本文針對超低溫閥門的特殊使用要求，首先結(jié)合LNG超低溫球閥的低溫試驗(yàn)結(jié)果，對超低溫球閥進(jìn)行溫度場有限元分析，得到閥桿溫度、滴水盤根部溫度與閥體內(nèi)腔溫度的關(guān)系曲線；并比對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證分析，得出將滴水盤安裝在較低位置時(shí)填料函底部的溫度更高的結(jié)論。
　　以LNG超低溫球閥的實(shí)際使用工況作為參考，建立簡化的閥體上部模型，采用熱結(jié)構(gòu)耦合分析的方法，分析低溫及結(jié)構(gòu)應(yīng)力共同作用時(shí)模型所

3、承受的應(yīng)力，以及由應(yīng)力引發(fā)的變形和位移。再分別對只施加結(jié)構(gòu)應(yīng)力和只施加溫差應(yīng)力的情況進(jìn)行模擬，通過對兩種情況所產(chǎn)生的應(yīng)力及變形結(jié)果的對比分析，發(fā)現(xiàn)溫差應(yīng)力對超低溫球閥的影響大于結(jié)構(gòu)應(yīng)力，且耦合時(shí)兩種應(yīng)力會(huì)發(fā)生相互抵消；軸向應(yīng)力變形較大，周向變形相對于閥蓋和閥桿間隙來說較小，并據(jù)此給出了一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化建議。
　　密封材料的選取關(guān)系到閥門使用的可靠性，因此，對所選用的新型高分子材料—聚三氟氯乙烯（PCTFE）進(jìn)行低溫性能的試驗(yàn)研究