基于有限元分析的三片式硬密封球阀结构优化与研究

摘要

球阀是流体管路的控制装置。球阀的结构比较简单，密封性较好，相同公称尺寸的阀类，球阀所占的体积较小，质量较轻和材料消耗较少，因而球阀广泛的应用在发电厂、建筑行业等行业中。尤其是在西方工业发达的国家，球阀的使用更加广泛,其可靠性及其他性能指标均达到较高水平，球阀的种类和数量不断扩大。在球阀耐高温、耐高压、大口径、高密封性等方面有了很大的发展。随着金属材料的发展及技术的进步，球阀的使用寿命大大提升。目前，西方国家的研究正在向着球阀优良的调节性能和一阀多用的方向发展。
　　目前三片式硬密封球阀在使用过程中，往往出现阀杆疲劳磨损、密封性失效、球阀的启闭扭矩过大等问题。为了探究阀杆失效原因，减小球阀启闭扭矩，改善球阀密封性能，本文以作者在某实习企业生产的三片式硬密封球阀为研究对象，对球阀的结构特点和密封原理进行了详细分析；并以有限元法为基础，使用Solid works软件建立了三片式硬密封固定球阀各部件三维模型及总装模型，对球体与阀杆接触部位运用 ANSYS有限元软件进行应力分析，确定出应力集中的位置；然后通过优化三片式硬密封球阀启闭装置，可减小球阀阀杆与球体的接触应力，避免了应力集中的现象；最后对选定的三片式硬密封固定球阀启闭装置进行密封性能分析与优化，通过增大原设计压力角，使摩擦转矩减小，可提高密封性能。课题的研究结果为企业改进球阀性能、开发新产品提供了重要的理论参考依据。

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附表索引

第1章 绪论

1.1本课题研究背景和意义

1.2 球阀的分类及特点

1.3国内外研究现状

1.4本文的研究内容

第2章 三片式硬密封球阀结构及其密封原理

2.1 引言

2.2 球阀结构特点

2.3 球阀密封原理

2.4 本章小结

第3章 三片式硬密封球阀启闭装置分析

3.1 引言

3.2 三片式硬密封球阀启闭装置

3.3阀杆与球体接触理论分析

3.4 阀杆与球体有限元分析

3.5 本章小结

第4章 硬密封球阀启闭装置优化

4.1引言

4.2 阀杆的结构优化

4.3本章小结

第5章 硬密封球阀密封性分析

5.1引言

5.2密封结构分析

5.3 密封结构有限元分析

5.4本章小结

总结与展望

1. 总 结

2. 展 望

参考文献

致谢