【摘要】：閘閥是工業(yè)生產(chǎn)中最常應(yīng)用的閥門之一。閘閥中法蘭的強度與法蘭泄漏之間有著極其密切的關(guān)系,對閘閥的安全運行起著至關(guān)重要的作用。閘閥中法蘭屬于非標法蘭,由于缺乏可靠的設(shè)計方法,經(jīng)常導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理,造成嚴重的安全隱患。同時,如果過分考慮結(jié)構(gòu)強度,又會導(dǎo)致中法蘭結(jié)構(gòu)上的過于笨重,增加了生產(chǎn)制造成本。因此建立可靠的閘閥中法蘭強度分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法,對于閘閥的設(shè)計、制造及安全使用均有重要意義。以高溫高壓下閘閥中法蘭結(jié)構(gòu)為研究對象,主要工作如下:(1)以穩(wěn)態(tài)溫度場與熱-結(jié)構(gòu)耦合為基礎(chǔ),研究了中法蘭在預(yù)緊工況下和操作工況下應(yīng)力應(yīng)變的分布規(guī)律。結(jié)果表明:在兩種工況下,中法蘭整體及各零件的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律趨于一致,最大應(yīng)力均發(fā)生在下法蘭錐頸大端處。墊片密封面上的應(yīng)力分布規(guī)律基本相同,呈現(xiàn)出“外緊內(nèi)松”。其中,操作工況下由于內(nèi)壓與溫度載荷的影響,使中法蘭整體及各零部件的應(yīng)力增大,而墊片密封面上的壓應(yīng)力有所下降,可見溫度和內(nèi)壓對墊片的密封有很大的影響。(2)依據(jù)應(yīng)力分類設(shè)計,對中法蘭薄弱部位進行了強度分析;依據(jù)EN13445密封判斷依據(jù),對墊片的密封性能進行了校核。結(jié)果表明:閘閥中法蘭在兩種工況下強度和密封性都滿足要求,結(jié)構(gòu)尺寸有較大的安全裕量,可進一步為閘閥中法蘭結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。(3)通過有限元方法分析了閘閥中法蘭結(jié)構(gòu)尺寸對強度的影響。將錐頸大端厚度、法蘭環(huán)厚度、錐頸高度作為優(yōu)化閘閥中法蘭的因素。利用Workbench協(xié)同優(yōu)化分析平臺,設(shè)置法蘭環(huán)厚度、錐頸大端厚度及錐頸高度三個結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計變量,閘閥中法蘭的強度為約束,質(zhì)量與最大應(yīng)力為目標函數(shù)。從安全性和經(jīng)濟性的角度對閘閥中法蘭進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,在滿足強度和密封性的前提下,得出了閘閥中法蘭最優(yōu)的結(jié)構(gòu)尺寸,重量較優(yōu)化前減輕了9.6%。(4)將優(yōu)化前后的閘閥中法蘭的強度及密封性進行了對比,結(jié)果表明:優(yōu)化后法蘭各路徑上的應(yīng)力強度比優(yōu)化前有所提升,滿足強度要求,材料力學(xué)性能得到了更充分利用;墊片密封面上壓應(yīng)力雖有下降,但滿足密封要求。因此,優(yōu)化后閘閥中法蘭結(jié)構(gòu)更緊湊、受力更均勻、生產(chǎn)成本更低,符合企業(yè)經(jīng)濟性的要求,為企業(yè)建立了閘閥中法蘭結(jié)構(gòu)優(yōu)化的工程設(shè)計的方法。
【圖文】：

工程碩士學(xué)位論文計方法發(fā)展進程常生活中，閘閥是最常使用的閥門之一。當開或者全閉，，不能對流體進行流量的調(diào)節(jié)以行式與楔式。楔式閘閥的流道中心線與旁邊運動形式，還可以分為明桿式和暗桿式閘閥好，并適用于各種壓力、溫度以及介質(zhì)工況、化工、冶金、采礦、污水處理等工業(yè)領(lǐng)域為本文的研究對象閘閥中法蘭）。

圖 2.1 中法蘭剖面圖法蘭主要幾何尺寸見表 2.5。表 2.5 模型主要幾何尺寸模型部位 符號 尺寸（mm法蘭環(huán)內(nèi)徑 A 150墊片內(nèi)徑 B 160法蘭環(huán)外徑 E 276栓中心圓直徑 D 235錐頸大端厚度 F 20錐頸小端厚度 K 16錐頸高度 h 18.5法蘭高度 H 155墊片外徑 C 180
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH134

【參考文獻】

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本文編號：2607017