装有滴水盘的超低温阀门阀盖温度场与结构优化分析

摘要

随着我国石化、天然气、制冷和低温工业的快速发展，超低温阀门的需求量越来越大，对其性能的要求也越来越高。低温闸阀、截止阀、球阀和蝶阀阀盖的填料密封由于空气中冷凝水的进入，如果填料温度低于0℃时则会结冰，不但影响阀杆的正常操作，而且也会因阀杆的上下运动划伤填料，造成密封失效。故阀盖应设计成加长结构(长颈阀盖)，加长阀盖可使填料函底部的工作温度高于0℃。长颈阀盖表面焊接滴水盘，可防止冷凝水进入保冷层，避免或减少保冷层的腐蚀。同时，阀盖表面焊接滴水盘后，增大了阀盖与空气自然对流的换热面积，降低了来至阀体的冷量损失。
　　本文利用传热学的相关理论，结合能量守恒原理推导出滴水盘导热微分方程。并根据模型的边界条件解得滴水盘的温度场，从而得出滴水盘散热量以及效率的计算方法。同时，根据柱坐标系下的傅里叶导热微分方程，得出长颈阀盖的导热偏微分方程，并利用分离变量的方法得出方程通解，结合贝塞尔函数的正交性确定待定系数，从而得出长颈阀盖的温度场，而后对温度场函数进行了合理的简化，代入填料函温度等于0℃时的初值条件，最终得到阀盖最小长度的计算模型。
　　以DJ41W-300LbP6″超低温截止阀为实例，将相关的参数代入计算模型，得出长颈阀盖的最小长度值。同时，利用Ansys Workbench对该阀门进行有限元分析，得出阀门的温度场以及阀盖的最小长度。
　　利用数学模型结合有限元分析的方法，分析讨论了材料的导热系数、滴水盘的半径、安装数量及安装间距、环境温度等因素对阀盖最小长度的影响，最终得出缩短阀盖最小长度的合理方案，为生产设计以及理论研究提供了参考依据。

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图表索引

第1章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 温度场分析的主要方法

1.4 本文的主要内容

1.5 本章小结

第2章 低温阀门概述

2.1 低温阀门的分类

2.2 低温阀门的结构特点

2.3 低温阀门技术性能判定准则

2.4 低温阀门密封件

2.5 低温阀门的材料

2.6 低温阀门低温试验

2.7 本章小结

第3章 超低温阀门滴水盘及长颈阀盖温度场分析

3.1 传热基本原理

3.2 滴水盘传热分析

3.3 长颈阀盖传热分析

3.4 本章小结

第4章 超低温阀门滴水盘及阀盖结构分析

4.1 长颈阀盖长度分析计算

4.2 滴水盘的安装位置

4.3 无滴水盘时长颈阀盖最小长度

4.4 本章小结

第5章 超低温阀门实例分析

5.1 超低温阀门实例理论计算

5.2 超低温阀门长颈阀盖温度场有限元分析

5.3 阀盖最小长度的影响因素分析

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A：攻读学位期间所发表的论文