本文關(guān)鍵詞：基于熱固耦合的水下球閥應(yīng)力評定及密封分析

  更多相關(guān)文章： 水下球閥 熱固耦合數(shù)值仿真 應(yīng)力分類 強(qiáng)度評定 密封分析

【摘要】：水下球閥是深水油氣開發(fā)中的關(guān)鍵設(shè)備,其性能優(yōu)劣對水下生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)作業(yè)起著至關(guān)重要的作用。由于水下球閥深水作業(yè)中工況惡劣,則其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及密封性能必須可靠,保證其工作壽命內(nèi)免維護(hù)。而國內(nèi)水下球閥的研制工作處于剛剛起步的階段,且國外對其實(shí)行技術(shù)保密,導(dǎo)致國內(nèi)對水下球閥的研制水平還遠(yuǎn)落后于國外,因此對水下球閥關(guān)鍵技術(shù)的研究迫在眉睫。本文基于熱固耦合數(shù)值仿真對水下球閥進(jìn)行應(yīng)力評定及密封分析,從而為國產(chǎn)水下球閥的研制提供技術(shù)支持。通過對水下球閥進(jìn)行接觸對設(shè)置、網(wǎng)格劃分、邊界條件確定及加載,計(jì)算得試驗(yàn)狀態(tài)、安裝調(diào)試狀態(tài)及實(shí)際工作狀態(tài)等3種受力狀態(tài)中水下球閥主體結(jié)構(gòu)及各關(guān)鍵承載件的壓力應(yīng)力和位移分布規(guī)律,結(jié)果表明各關(guān)鍵承載件的最大壓力應(yīng)力均小于各自材料的屈服強(qiáng)度極限,滿足強(qiáng)度要求,再將3種狀態(tài)下球閥各關(guān)鍵承載件中易強(qiáng)度失效的應(yīng)力最大處的位置及其值匯總成表,為國產(chǎn)水下球閥的研究設(shè)計(jì)提供參考�？紤]實(shí)際工作狀態(tài)中熱應(yīng)力對水下球閥結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響,基于熱固耦合數(shù)值仿真,對水下球閥進(jìn)行熱應(yīng)力分析和耦合應(yīng)力分析,得其熱應(yīng)力、溫度場及耦合應(yīng)力分布規(guī)律,結(jié)果表明：相比實(shí)際工作狀態(tài)中水下球閥的壓力應(yīng)力結(jié)果而言,熱應(yīng)力對水下球閥結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響更大；前閥座、后閥座及堆焊層的最大耦合應(yīng)力均大于各自的屈服強(qiáng)度極限,但這3者的最大耦合應(yīng)力皆出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的局部區(qū)域,只影響該處局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,不會對其整體強(qiáng)度造成失效,則不能說明這3者強(qiáng)度失效,需根據(jù)分析設(shè)計(jì)中應(yīng)力分類思想對這3者進(jìn)行應(yīng)力分類及強(qiáng)度評定。應(yīng)力分類思想是“分析設(shè)計(jì)”的標(biāo)志性設(shè)計(jì)思想,經(jīng)過幾十年的發(fā)展,ASME-Ⅷ.2規(guī)范已給出了一套完整的應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的原則,并列出了部分典型結(jié)構(gòu)的分類結(jié)果表。但對于實(shí)際的工程問題,ASME-Ⅶ.2規(guī)范不一定能全部考慮到,而且規(guī)范只給出應(yīng)力分類的原則和思想,沒有給出具體的分類方法。因此,如何在掌握應(yīng)力分類思想的基礎(chǔ)上,運(yùn)用一定技巧和方法對閥門設(shè)計(jì)中存在的工程問題進(jìn)行應(yīng)力分類和強(qiáng)度評定是閥門分析設(shè)計(jì)的核心也是難點(diǎn)。以水下球閥各關(guān)鍵承載件的耦合應(yīng)力結(jié)果為基礎(chǔ),運(yùn)用應(yīng)力分類思想對其進(jìn)行應(yīng)力分類線的位置確定和應(yīng)力結(jié)果的等效線性化處理,分解出薄膜應(yīng)力和薄膜加彎曲應(yīng)力,再進(jìn)行應(yīng)力分類。然后,分別采用應(yīng)力分類思想中應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則和Von Mises屈服準(zhǔn)則對各自相應(yīng)的應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行評定,結(jié)果表明：應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則所得評定結(jié)果相比較Von Mises屈服準(zhǔn)則所得評定結(jié)果而言,遠(yuǎn)低于其自身的許用應(yīng)力值；前閥座、后閥座及堆焊層的結(jié)構(gòu)經(jīng)Von Mises屈服準(zhǔn)則評定,不滿足強(qiáng)度要求,但經(jīng)應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則評定后,這3者的結(jié)構(gòu)可滿足強(qiáng)度要求。由此可見,應(yīng)力分類思想使水下球閥的安全裕度明顯提高,從而在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到滿足的前提下,可節(jié)約加工成本,使設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)。通過建立水下球閥密封結(jié)構(gòu)的有限元模型,并對其設(shè)置相應(yīng)的接觸類型、邊界條件及加載,計(jì)算得其前閥座處密封面的密封比壓分布規(guī)律,結(jié)果表明：密封面中環(huán)處密封比壓大,內(nèi)、外環(huán)��；密封面左右兩側(cè)密封比壓大,下側(cè)次之,上側(cè)最�。蛔畲竺芊獗葔何挥诿芊饷嬷协h(huán)右側(cè),其值為145.43MPa,小于許用密封比壓；密封面至少有82%區(qū)域面積上的密封比壓大于必須密封比壓,且小于許用密封比壓,球閥前閥座處密封性能良好,可達(dá)到密封要求。
【關(guān)鍵詞】：水下球閥 熱固耦合數(shù)值仿真 應(yīng)力分類 強(qiáng)度評定 密封分析
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE953
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 背景及意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容15-16
• 第2章 水下球閥的壓力應(yīng)力分析16-30
• 2.1 有限元模型的建立16-18
• 2.2 接觸對的設(shè)置18-19
• 2.3 邊界條件的確定與載荷分析19-23
• 2.4 壓力應(yīng)力結(jié)果與分析23-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第3章 水下球閥的熱固耦合分析30-41
• 3.1 熱應(yīng)力分析30-36
• 3.2 耦合應(yīng)力分析36-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 第4章 水下球閥的應(yīng)力分類與強(qiáng)度評定41-55
• 4.1 常規(guī)設(shè)計(jì)與分析設(shè)計(jì)41-42
• 4.2 應(yīng)力分類42-47
• 4.3 各類應(yīng)力強(qiáng)度的評定準(zhǔn)則47-49
• 4.4 各關(guān)鍵承載件的應(yīng)力分類及強(qiáng)度評定49-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第5章 水下球閥密封面接觸分析55-64
• 5.1 球閥密封工作機(jī)理55-57
• 5.2 有限元模型的建立57-58
• 5.3 接觸對的設(shè)置58-59
• 5.4 邊界條件的確定與加載59-61
• 5.5 密封比壓結(jié)果分析61-63
• 5.6 本章小結(jié)63-64
• 第6章 結(jié)論與展望64-66
• 6.1 結(jié)論64-65
• 6.2 展望65-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 個(gè)人簡介71-72

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 林元茂;;管道球閥故障及應(yīng)對措施[J];茂名學(xué)院學(xué)報(bào);2007年04期

2 ;美卓推出極具成本效益的V型球閥[J];造紙信息;2011年07期

3 金德林;真空球閥[J];真空技術(shù)報(bào)導(dǎo);1972年01期

4 ;新式浮動球閥[J];石油鉆采機(jī)械情報(bào);1974年01期

5 章嘉炎;;氣-液聯(lián)動大口徑球閥試制成功[J];化工與通用機(jī)械;1975年11期

6 阮鴻福;氟塑料46在耐腐蝕球閥上的應(yīng)用[J];工程塑料應(yīng)用;1987年04期

7 王新權(quán);國外小型球閥的特點(diǎn)分析[J];機(jī)械開發(fā);1988年02期

8 趙定中;;新的體形緊湊的整體球閥——適用于油、氣低壓流體和化學(xué)品液體的輸送[J];天然氣工業(yè);1988年01期

9 高順坤;;氣動V形調(diào)節(jié)球閥的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用[J];醫(yī)藥工程設(shè)計(jì);1992年04期

10 李奇;;自貢高壓閥門股份有限公司氧氣專用系列球閥通過技術(shù)鑒定[J];杭氧科技;2000年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳明奎;;淺談球閥強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算[A];首屆珠中江科協(xié)論壇論文集[C];2011年

2 賈臻;王會;龔自力;;核級球閥的力學(xué)分析[A];中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告（第二卷）——中國核學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會論文集第3冊（核能動力分卷（下））[C];2011年

3 祝曉丹;王國富;廉立偉;胡偉;王瑞英;;淺談水下球閥的選用[A];2012年度海洋工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2012年

4 尹襄;;大型焊接球閥制造工藝研究[A];第十九次中國水電設(shè)備學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2013年

5 高澤普;張成旺;史紅軍;;不銹鋼球閥密封結(jié)構(gòu)探討[A];機(jī)床與液壓學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2004年

6 高澤普;張成旺;史紅軍;;不銹鋼球閥密封結(jié)構(gòu)探討[A];第三屆全國流體傳動及控制工程學(xué)術(shù)會議論文集（第二卷）[C];2004年

7 陳清華;;煉鐵噴煤球閥的國產(chǎn)化改造實(shí)踐[A];2012年河北省煉鐵技術(shù)暨學(xué)術(shù)年會論文集[C];2012年

8 趙志榮;;球閥軟密封結(jié)構(gòu)分析及在10-08閥上的改制[A];上海煙草系統(tǒng)2006年度優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文集[C];2006年

9 陸培文;;全焊接長輸管線球閥的設(shè)計(jì)[A];2011年首屆閥門技術(shù)研討會資料匯編[C];2011年

10 劉濤;王春光;;活塞式擠奶機(jī)球閥脈動器性能測試[A];中國奶業(yè)協(xié)會年會論文集2009（上冊）[C];2009年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者　譚麗莎;民企球閥進(jìn)入西氣東輸工程[N];中華工商時(shí)報(bào);2006年

2 盛根林;自貢高閥造出國內(nèi)最大兩體結(jié)構(gòu)水電球閥[N];中國工業(yè)報(bào);2009年

3 記者 郭樹勛　通訊員 蘇金亭;“農(nóng)民專家”研制新型球閥獲專利[N];焦作日報(bào);2010年

4 記者 陳功章;國內(nèi)最大高壓球閥樣機(jī)在蘭州石化制造成功[N];甘肅經(jīng)濟(jì)日報(bào);2009年

5 汪志;大口徑油氣高壓球閥實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化[N];中國化工報(bào);2009年

6 楊世智　羅顯琦;大口徑高壓球閥研制成功[N];中國礦業(yè)報(bào);2009年

7 記者 劉和平　通訊員 金良和;杭鋼煉鐵廠QC攻關(guān)一舉多得[N];中國冶金報(bào);2011年

8 記者 楊世智 通訊員 羅顯琦;國內(nèi)最大口徑高壓球閥研制成功[N];甘肅日報(bào);2009年

9 本報(bào)記者 馮濟(jì)武;沃茨長閥成功進(jìn)入球閥領(lǐng)域[N];中國工業(yè)報(bào);2008年

10 特約記者 陳明宇;大口徑高壓球閥國產(chǎn)化取得成功[N];石油管道報(bào);2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉匯源;硬密封高溫耐磨球閥關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王麗雅;球閥設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)[D];寧夏大學(xué);2015年

2 蔡志波;安徽省屯溪高壓閥門有限公司關(guān)系營銷模式研究[D];電子科技大學(xué);2013年

3 黎永發(fā);深海沉積物取樣器及其球閥關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];浙江大學(xué);2016年

4 汪玉鳳;高溫高壓球閥啟閉過程強(qiáng)度剛度及摩擦特性分析與研究[D];蘭州理工大學(xué);2016年

5 王虎斌;基于遺傳算法的三通調(diào)節(jié)球閥節(jié)流盤型線優(yōu)化研究[D];蘭州理工大學(xué);2016年

6 雷永強(qiáng);高溫高壓球閥的熱力耦合分析與研究[D];蘭州理工大學(xué);2016年

7 吳望譜;基于熱固耦合的水下球閥應(yīng)力評定及密封分析[D];長江大學(xué);2016年

8 姚曉春;V形調(diào)節(jié)球閥的數(shù)值模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];蘭州理工大學(xué);2009年

9 劉志香;球閥的動態(tài)特性分析與應(yīng)用[D];山東大學(xué);2007年

10 彭斌;壓電激振球閥的優(yōu)化及流量控制研究[D];南京理工大學(xué);2011年

，

本文編號：841508