本文關(guān)鍵詞： 金屬密封耐磨球閥 振動 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 數(shù)值模擬　出處：《沈陽工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在煤化工行業(yè)中以輸送高溫、高壓、高流速并含有固體顆粒介質(zhì)管路中的閥門工況條件最為惡劣。目前在煤液化裝置中所使用的大部分金屬密封耐磨球閥采用進(jìn)口產(chǎn)品,雖然進(jìn)口產(chǎn)品技術(shù)相對成熟,但質(zhì)量參差不齊。并且該類閥門價格昂貴、供貨周期長,很難滿足市場的需求。而國內(nèi)該類閥門的抗振性能、耐磨性能和密封性能不能得到保證亟待解決。針對這一重要課題,本文以煤化工金屬密封耐磨球閥國產(chǎn)化為背景,對該類閥門的核心部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入探究,并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,從而解決金屬密封球閥高頻振動等技術(shù)問題,實現(xiàn)該類閥門的國產(chǎn)化。本文首先對金屬密封耐磨球閥振動機理進(jìn)行理論分析,并建立數(shù)學(xué)模型。在理論的指導(dǎo)下,經(jīng)過計算,得到固有頻率公式以及共振條件。分析金屬密封耐磨球閥結(jié)構(gòu)參數(shù)和流動參數(shù)對其固有頻率的影響規(guī)律,通過調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸,改變固有頻率,來防止產(chǎn)生共振,從而優(yōu)化金屬密封耐磨球閥結(jié)構(gòu)。根據(jù)煤化工工況要求,自主設(shè)計一種方心流道金屬密封耐磨球閥。閥球、閥座采用特有的360°逐步鏡面配磨技術(shù),可以使閥球與閥座之間形成鏡面的真空狀態(tài),它的密封性能在頻繁開關(guān)后仍然能夠得到保證。此外閥球、閥座采用金剛石噴涂技術(shù),能夠顯著提高其硬度和耐腐蝕性能。通過對金屬密封耐磨球閥關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,并進(jìn)行強度校核和抗振性校核,確定閥門結(jié)構(gòu)尺寸,保證閥門的使用性能以及在煤化工裝置連續(xù)穩(wěn)定運行。通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),本課題設(shè)計的方心形流道金屬密封耐磨球閥在相同條件下,不同開度的閥球、閥座關(guān)鍵部位所受沖擊力比普通圓形流道的金屬密封耐磨球閥減小,耐磨性得到提高,大大延長其使用壽命。此外通過振動特性數(shù)值模擬,得到流體固有頻率分析值不滿足閥門發(fā)生共振條件,進(jìn)一步驗證對閥門振動特性理論研究的正確性,減小高頻振動對閥門產(chǎn)生的影響及危害,閥門的使用性能得到提高。最后進(jìn)行壓力試驗和模擬工況試驗。實驗結(jié)果表明該設(shè)計閥門在煤化工耐磨工況下,閥門動作靈活、無卡阻。閥球和閥座密封副的密封性能及閥桿柔性石墨環(huán)組合填料密封性能優(yōu)異。噴涂層在耐磨工況下無脫落具有良好的耐沖蝕磨損能力。并且該閥門在管路系統(tǒng)中平穩(wěn)運行三個月,未發(fā)生共振情況,達(dá)到了本文自主研制高性能閥門的設(shè)計要求。
[Abstract]:In coal chemical industry, the working conditions of valves in conveying high temperature, high pressure, high flow velocity and containing solid particles are the worst. At present, most of the metal sealing ball valves used in coal liquefaction equipment adopt imported products. Although the imported product technology is relatively mature, the quality is not uniform. Moreover, the price of this kind of valve is expensive, the supply period is long, it is very difficult to meet the market demand. The wear resistance and sealing performance can not be guaranteed urgently. In view of this important subject, this paper, based on the localization of metal seal ball valve in coal chemical industry, makes a deep research on the structure of the core parts of this kind of valve, and optimizes the structure of the valve. In order to solve the technical problems such as high frequency vibration of metal sealing ball valve and realize the localization of this kind of valve, this paper first makes a theoretical analysis on the vibration mechanism of metal seal wear resistant ball valve, and establishes a mathematical model. The natural frequency formula and resonance condition are obtained. The influence of structure parameters and flow parameters of metal seal ball valve on its natural frequency is analyzed. By adjusting the structure dimension and changing the natural frequency, the resonance is prevented. In order to optimize the structure of metal seal wear resistant ball valve, according to the requirement of coal chemical engineering, a square core flow channel metal seal wear resistant ball valve is designed independently. The valve ball, valve seat adopts special 360 擄step by step mirror grinding technology, The vacuum state between valve ball and valve seat can be formed, its sealing performance can still be guaranteed after switching frequently. In addition, valve ball, valve seat adopts diamond spraying technology, Can significantly improve its hardness and corrosion resistance. Through the optimization of the metal seal wear resistant ball valve key structure design, strength check and vibration resistance check, determine the valve structure size, Through numerical simulation, it is found that the square heart-shaped flow channel metal seal wear resistant ball valve is designed under the same conditions, and the valve ball with different opening degree is found by numerical simulation. The impact force on the key parts of the valve seat is reduced compared with the metal seal ball valve of the ordinary circular flow channel, and the wear resistance is improved, which greatly prolongs its service life. In addition, through the numerical simulation of the vibration characteristics, The analysis value of natural frequency of fluid does not satisfy the resonance condition of valve, which further verifies the correctness of theoretical research on the vibration characteristics of valve, and reduces the influence and harm of high frequency vibration on valve. The performance of the valve has been improved. Finally, the pressure test and simulated condition test are carried out. The experimental results show that the valve is flexible in operation under the wear-resistant condition of coal chemical industry. The sealing performance of valve ball and seat seal pair and the sealing performance of valve stem flexible graphite ring combination packing are excellent. The spray coating has good erosion resistance and wear resistance under wear-resistant condition, and the valve is in the pipeline system. The system runs smoothly for three months, No resonance occurred, which met the design requirements of the self-developed high-performance valve in this paper.
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ53;TQ055.8

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