【摘要】：快關(guān)蝶閥廣泛應(yīng)用于火電、核電、冶金及石油化工等行業(yè),起緊急切斷作用,是處理系統(tǒng)發(fā)生緊急事件最關(guān)鍵的設(shè)備之一。實(shí)際工作時(shí),快關(guān)蝶閥除了承受來(lái)自系統(tǒng)介質(zhì)的高溫和壓力載荷外,還承受因快速關(guān)閉引起的瞬時(shí)碰撞沖擊載荷。隨著緊急切斷系統(tǒng)向大型化和高參數(shù)化發(fā)展,瞬態(tài)熱載荷與瞬態(tài)沖擊載荷作用下快關(guān)蝶閥的強(qiáng)度與閥座密封問(wèn)題也日益突出,快關(guān)蝶閥能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠性。針對(duì)快關(guān)蝶閥在應(yīng)用中出現(xiàn)的強(qiáng)度及密封失效問(wèn)題,本文進(jìn)行了一系列研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)基于赫茲理論、旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)理論,提出了快關(guān)蝶閥密封及沖擊的分析方法;基于該方法并考慮密封接觸非線性,分析了快關(guān)蝶閥關(guān)閉瞬間受力情況;建立了沖擊瞬間密封副力學(xué)模型,為后續(xù)快關(guān)蝶閥的數(shù)值仿真研究提供了理論依據(jù)。(2)采用有限元多相場(chǎng)耦合方法進(jìn)行了快關(guān)蝶閥穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)熱-結(jié)構(gòu)耦合分析,穩(wěn)態(tài)分析表明快關(guān)蝶閥在密封試驗(yàn)工況與設(shè)計(jì)工況下密封性能均滿足要求;在穩(wěn)態(tài)分析的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了瞬態(tài)熱-結(jié)構(gòu)耦合分析,對(duì)比研究了6種升溫速率以及27種升溫、保溫時(shí)間對(duì)快關(guān)蝶閥密封性能及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響,結(jié)果表明升溫速率以及升溫、保溫時(shí)間對(duì)高溫快關(guān)蝶閥的密封性能及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響巨大;升溫速率越大,熱沖擊作用越強(qiáng),對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷就越大;不同升溫、保溫時(shí)間加熱閥門的過(guò)程中,最后階段升溫時(shí)間的快慢對(duì)快關(guān)蝶閥閥座密封性能及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響最大。(3)基于隱式動(dòng)力學(xué)方法,開(kāi)展了快關(guān)蝶閥關(guān)閉過(guò)程瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真研究,分析得到了快關(guān)蝶閥瞬間沖擊速度以及快關(guān)過(guò)程總位移量,并與理論推導(dǎo)得出的數(shù)值對(duì)比,誤差均在5%以內(nèi);在此基礎(chǔ)上研究了蝶板與閥座接觸面上節(jié)點(diǎn)應(yīng)力、密封面上接觸壓力隨沖擊時(shí)間的變化規(guī)律,結(jié)果表明快關(guān)沖擊對(duì)蝶閥蝶板的影響程度大于閥座。進(jìn)一步研究得出了沖擊速度、撞擊面積、過(guò)關(guān)閉角度等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)閥門沖擊的影響規(guī)律;其中,沖擊速度對(duì)快關(guān)蝶閥的沖擊影響最大,過(guò)關(guān)閉角度次之,撞擊面積最小。通過(guò)以上研究,為快關(guān)蝶閥的瞬態(tài)熱密封及沖擊載荷下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及密封性能的研究提供理論依據(jù)和研究方法,為快關(guān)蝶閥有效避免瞬態(tài)沖擊載荷帶來(lái)的危害提供優(yōu)化設(shè)計(jì)參考與指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH134
【圖文】：

A 為接觸面積；P 為外力。圖2.2 兩相互接觸體相對(duì)變形關(guān)系如果將表面進(jìn)行離散化處理，任意點(diǎn)的表面位移可以寫成如下形式[59]：1( )mk kj jju x a f (2.12)akj是節(jié)點(diǎn) J 的單元力施加在節(jié)點(diǎn) K 所造成的偏斜。fj是加載在節(jié)點(diǎn) J 上的離散力，M 為接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)。式(2.12)寫成矩陣形式表達(dá)為：

本文所研究的主要內(nèi)容為快關(guān)蝶閥的沖擊動(dòng)強(qiáng)度，最主要屬于第一類情況。圖2.3 快關(guān)蝶閥沖擊示意圖不同沖擊強(qiáng)度載荷下會(huì)引起結(jié)構(gòu)的不同的彈性和塑性變形，在結(jié)構(gòu)表面呈現(xiàn)出塑性變形的有壓痕、凹痕、缺口或撕裂等沖擊損傷，這些沖擊載荷下的沖擊損傷涉及到動(dòng)力學(xué)、塑性力學(xué)和接觸問(wèn)題[61]�？礻P(guān)蝶閥在快速關(guān)閉過(guò)程中，蝶板和閥座密封面承受快速撞擊沖擊載荷，蝶板及閥座的碰撞面發(fā)生了較大的彈性和塑性變形，按照變形的情況可分成壓縮區(qū)、剪切區(qū)、剪切拉伸區(qū)及脹大區(qū)，如圖 2.3所示[62~63]�？礻P(guān)蝶閥密封副在關(guān)閉沖擊過(guò)程中，材料塑性功轉(zhuǎn)化來(lái)的熱量在瞬時(shí)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2717727