發(fā)布時(shí)間：2017-05-19 07:16

  本文關(guān)鍵詞：高溫高壓球閥的熱力耦合分析與研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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(guò)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(guò)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。(1)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。(2)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。(3)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)變量變小了很多,改善了閥門的密封性能。(4)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(guò)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(guò)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,壁面磨損區(qū)域位置也會(huì)發(fā)生變化,磨損面形狀由開始的帶狀變?yōu)樽詈蟮狞c(diǎn)狀和塊狀。
【關(guān)鍵詞】：密封比壓 熱力耦合 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 參數(shù)優(yōu)化 鍍層厚度 磨損
【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】：2016
【分類號(hào)】：TH134
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-14
• 第1章 緒論14-21
• 1.1 課題的背景與意義14-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外球閥發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)16-20
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)球閥發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)16-18
• 1.2.2 國(guó)外球閥發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)18-20
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容和方法20
• 1.4 小結(jié)20-21
• 第2章 高溫高壓球閥的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及受力分析21-31
• 2.1 總體方案確定21-24
• 2.1.1 球閥幾何結(jié)構(gòu)21-23
• 2.1.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算23-24
• 2.2 球閥工作力學(xué)特性分析與計(jì)算24-29
• 2.2.1 螺旋彈簧預(yù)緊力計(jì)算24-25
• 2.2.2 密封面上的總作用力和密封比壓計(jì)算25-26
• 2.2.3 連接法蘭受力計(jì)算26-27
• 2.2.4 閥桿總轉(zhuǎn)矩計(jì)算27-29
• 2.3 球閥結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算29-30
• 2.3.1 閥桿強(qiáng)度校核29
• 2.3.2 止推軸承強(qiáng)度校核29-30
• 2.4 小結(jié)30-31
• 第3章 球閥有限元模型與熱力耦合分析31-48
• 3.1 球閥有限元模型31-32
• 3.2 球閥應(yīng)力場(chǎng)求解32-36
• 3.2.1 裝配體受力分析32-33
• 3.2.2 有限元模型加載及應(yīng)力場(chǎng)求解33-36
• 3.3 球閥溫度場(chǎng)的求解36-42
• 3.3.1 溫度場(chǎng)計(jì)算基礎(chǔ)36-38
• 3.3.2 外部空氣自然對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算38-40
• 3.3.3 內(nèi)部介質(zhì)強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算40-41
• 3.3.4 有限元模型加載及溫度場(chǎng)求解41-42
• 3.4 球閥熱力耦合場(chǎng)的有限元仿真42-45
• 3.4.1 熱應(yīng)力的產(chǎn)生42
• 3.4.2 熱力耦合場(chǎng)分析概述42-43
• 3.4.3 熱力耦合場(chǎng)的有限元分析與計(jì)算43-45
• 3.5 耦合邊界條件的計(jì)算45-47
• 3.6 小結(jié)47-48
• 第4章 固定式球閥球體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的改進(jìn)48-54
• 4.1 耦合應(yīng)力作用下球體應(yīng)變的分析與計(jì)算48
• 4.2 球體結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模48-49
• 4.3 基于ANSYS Workbench對(duì)球體結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行最優(yōu)化求解49-52
• 4.4 優(yōu)化結(jié)果檢驗(yàn)52-53
• 4.5 小結(jié)53-54
• 第5章 外鍍層厚度對(duì)球體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度的影響分析54-62
• 5.1 球體外鍍層材料（stellite12）屬性54-55
• 5.2 球體與外鍍層有限元模型的建立55-57
• 5.2.1 前提及假設(shè)55-56
• 5.2.2 三維有限元模型的建立56
• 5.2.3 添加約束條件及載荷56-57
• 5.3 基于ANSYS Workbench的有限元分析57-61
• 5.3.1 球體鍍層厚度對(duì)球體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響57-59
• 5.3.2 鍍層厚度對(duì)球體剛度的影響59-61
• 5.4 小結(jié)61-62
• 第6章 閥芯不同開度下球體磨損性能分析62-69
• 6.1 球閥磨損概述62
• 6.2 不同開度球閥流道模型建立及邊界條件的確定62-64
• 6.2.1 建立不同開度閥芯與流道模型62-63
• 6.2.2 確定模擬條件與邊界條件63-64
• 6.3 建立數(shù)學(xué)模型64-65
• 6.4 不同開度下球體磨損性能分析65-68
• 6.5 小結(jié)68-69
• 結(jié)論與展望69-71
• 結(jié)論69-70
• 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 致謝75-76
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的科研成果目錄76-77
• 附錄B 球體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化部分?jǐn)?shù)據(jù)77-80

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