DN2400PN10特大型活塞式調(diào)流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).docx

1、形密封圈保證法蘭面密封。分段后長(zhǎng)度滿足加工設(shè)備的加工范圍。將閥體分段的三種型式進(jìn)行比較，其中型式(a)的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度最長(zhǎng)，并且多一對(duì)連接法蘭，重量最重，成本最高，但易于加工：型式(b)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度最短，重量最輕，并目.閥體內(nèi)腔導(dǎo)軌部分沒有分段，能夠保證導(dǎo)軌的同軸度：型式(c)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度比型式(a)短，比型式(b)長(zhǎng)，重量處于型式(a)和型式(b)之間，由于是閥體下游端分段，導(dǎo)軌部分也是分段加工，這樣閥體的整體加工精度沒有型式(b)好。通過以上三種型式的比較，選擇重最輕，成本低，并且易于保證閥體整體加工精度的型式(b)最合適，也能滿足闕門的設(shè)計(jì)要求。1.2閥體軸座部分設(shè)計(jì)由于閥門口徑大，閥體最大外圓直徑達(dá)

2、到了3240mm,則閥軸的長(zhǎng)度達(dá)到了2800mm,閥體內(nèi)支撐閥軸的軸座鐐孔深度達(dá)到了2630mm,鎮(zhèn)床無(wú)法加工。為了解決閥體軸座加工問題現(xiàn)將閥體軸座部分設(shè)計(jì)為通孔式，如圖2所示。加工時(shí)，先加工中法蘭端的軸孔，然后將閥體旋轉(zhuǎn)180°,再加工對(duì)稱端的軸孔，以便于滿足閥體軸孔的加工要求。(a)三段式分段圖1閥體三種分段形式DN2400PN10特大型活塞式調(diào)流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)丁昌斌，李志鵬2(1.博納斯威閥門股份有限公司，天津301802：2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙410114)摘要：為解決我國(guó)水資源分布不均的問題，引調(diào)水工程的規(guī)模逐漸增大，對(duì)調(diào)流閥口徑的要求也隨之增大。結(jié)合黃水東調(diào)：期工程實(shí)際，

3、設(shè)計(jì)了重量最輕、成本最低的DN2400PN10特大活塞式調(diào)流閥，并通過有限元軟件進(jìn)行了分析驗(yàn)證，結(jié)果表明閥門結(jié)構(gòu)型式合理，應(yīng)力和剛強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：引水工程：調(diào)流閥：活塞式；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：TK72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-0711(2021)11(下)-0079-03人多水少，水資源時(shí)空分布不均，水資源供求矛盾突出是我國(guó)的基本國(guó)情。興建必要的引調(diào)水工程是優(yōu)化我國(guó)水資源配置戰(zhàn)略格局，緩解資源性缺水矛盾，提高水資源安全保障能力的重要措施。近兒年，我國(guó)引調(diào)水工程在數(shù)雖上呈現(xiàn)逐漸增多以及逐漸加快的趨勢(shì)，規(guī)模上也呈現(xiàn)逐步增大的趨勢(shì)，而調(diào)流徊在引調(diào)水工程中的運(yùn)用也越來(lái)越多，并旦口徑

4、也越來(lái)越大，在黃水東調(diào)二期工程中就需要配套DN2400mm、PNlObar特大型活塞式調(diào)流閥。本文結(jié)合工程中對(duì)調(diào)流閥的具體要求，對(duì)黃水東調(diào)二期工程中全球最大口徑的DN2400mm、PNlObar活塞式調(diào)流閥進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，以滿足工程工況調(diào)節(jié)流量的要求。1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)流閥采用活塞軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，介質(zhì)流道呈流線紡錘形設(shè)計(jì)，出口處介質(zhì)向軸心收縮，閥體內(nèi)置雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞。活塞式調(diào)流閥安裝于調(diào)控閥井處，閥門口徑DN=2400mm,公稱壓力PN=10bar,閥門前后壓差P=10m,流量調(diào)節(jié)范圍Q=0-5m'/so1.1閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大型調(diào)流閥的結(jié)構(gòu)於度一般取值為1.5DN,具體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)要求

5、確定。DN2400調(diào)流閥結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度初步確定為3600mm,由于閥體的長(zhǎng)度太長(zhǎng)，無(wú)法加工閥體端法蘭及內(nèi)腔，則需要將閥體分段設(shè)計(jì)。而閥體分段的設(shè)計(jì)方案有三種形式，具體型式如圖1所示。型式(a)中分別在閥體上游端和下游端分段，分為進(jìn)水閥體、中間體和出水閥體三個(gè)部件，進(jìn)水閥體長(zhǎng)度為900mm,中間體長(zhǎng)度為1900mm,出水閥體長(zhǎng)度為1000mm,總長(zhǎng)為3800mmo進(jìn)水閥體、中間體和出水閥體之間采用法蘭連接形式，加工有定位止口定位，法蘭連接面設(shè)置有兩道0形密封圈保證法蘭面密封。分段后長(zhǎng)度滿足加工設(shè)備的加工范圍。型式(b)中在閥體上游端分段，分為進(jìn)水閥體和出水網(wǎng)體兩個(gè)部件，進(jìn)水閥體長(zhǎng)度為900imn,出水

6、閥體長(zhǎng)度為2700mm,總長(zhǎng)為3600mnu進(jìn)水閥體和出水閥體之間采用法蘭連接形式，加工有定位止門定位，法蘭連接面設(shè)置有兩道0形密封圈保i正法蘭面密封。分段后長(zhǎng)度滿足加工設(shè)備的加工范圍。型式(c)中在閥體下游端分段，分為進(jìn)水閥體和出水閥體兩個(gè)部件，進(jìn)水閥體長(zhǎng)度為2700nmi,出水閥體長(zhǎng)度為lOOOinni，總長(zhǎng)為3700mm進(jìn)水閥體和出水閥體之間采用法通訊作者：李志鵬.設(shè)置有檢修孔，如圖3所示。其余部件設(shè)計(jì)采用常規(guī)設(shè)計(jì)方案,即可滿足設(shè)計(jì)要求。連接形式，加工有定位止口定位，法蘭連接面設(shè)置有兩道01.3其他部件設(shè)計(jì)為了便于調(diào)流閥鼠籠位置清理渣滓，在閥體下游端周圈圖2閥體軸座圖3閥體下游端tB圖4

7、進(jìn)水閥體應(yīng)力仿真圖圖5進(jìn)水閥體形變仿真圖2主要部件有限元分析三維有限元分析軟件采用多階高次方程幾何分析方式對(duì)三維模型進(jìn)行有限元分析，目的是為了檢軟閥門主要受力部件(閥體、活塞、活塞架)剛強(qiáng)度性能是否滿足許用要求。2.1閥體有限元分折根據(jù)實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)閥體壁厚計(jì)算公式：1.5»P»Dn2(oL)-P十式中，IB'為計(jì)算厚度，mm；P為計(jì)算壓力，lObar；D-為閥體最大內(nèi)徑，3240mm；oL：許用拉應(yīng)力，58MPa；C為腐蝕余斌,3mnu計(jì)算得tB*=39.7imn,取閥體壁厚實(shí)際值=45mm,大于，滿足設(shè)計(jì)要求。閥體分為進(jìn)水閥體和出水閥體兩部分，分別進(jìn)行有限元分

8、析，全部采用多階高次方程曲線幾何劃分網(wǎng)格，在殼體試驗(yàn)壓力1.5MPa閥門處于全開狀態(tài)下進(jìn)行應(yīng)力和形變仿真計(jì)算，其材料為QT450-10，屈服強(qiáng)度為310MPa,由于整個(gè)閥門屆于對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以在滿足仿真要求的基礎(chǔ)上取閥體的一半結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿其計(jì)算，應(yīng)力仿真結(jié)果如圖4所示，形變仿真結(jié)果如圖5所示。由進(jìn)水閥體應(yīng)力仿真圖可以看出進(jìn)水閥體應(yīng)力集中出現(xiàn)在進(jìn)水徊體的入口區(qū)域內(nèi)側(cè)。最大應(yīng)力值70.098MPa小于檢服強(qiáng)度(310MPa)的l/3(103MPa),滿足設(shè)計(jì)要求。由進(jìn)水閥體形變仿真圖可以得知最大形變出現(xiàn)在進(jìn)水閥體的中間區(qū)域，并向兩邊逐漸縮小。最大形變值為0.2869mm,滿足設(shè)計(jì)要求。得到出水閥體應(yīng)力

9、仿真云圖如圖6所示，形變仿真云圖如圖7所示。由出水閥體應(yīng)力仿真.圖可以得知，其應(yīng)力集中出現(xiàn)在出水閥體外殼內(nèi)側(cè)導(dǎo)流板附近區(qū)域和出水閥體外殼外側(cè)導(dǎo)流板之間的區(qū)域。最大應(yīng)力值101.96MPa小于屈服強(qiáng)度(310MPa)的l/3(103MPa),滿足設(shè)計(jì)要求。由出水閥體形變圖可以看出，最大形變集中出現(xiàn)在出水閥體外殼導(dǎo)流板之間的區(qū)域，并由區(qū)域中心向四周逐漸縮小。最大形變值為0.54617mm，滿足設(shè)計(jì)要求。2.2活塞有限元分析對(duì)活塞部分進(jìn)行有限元分析，全部采用多階高次方程曲線幾何劃分網(wǎng)格，在密封試驗(yàn)壓力1.IMPa閥門處于全關(guān)狀態(tài)下進(jìn)行應(yīng)力和形變仿真計(jì)算，其材料為06Crl9Ni0,屈服強(qiáng)度為205M

10、Pa,由于活塞屬于對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以在滿足仿真要求的基礎(chǔ)上取活塞的一半結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算，得到其應(yīng)力仿真如8圖所示，變形如圖9所示。由活塞應(yīng)力仿賓圖可以看出其應(yīng)力集中主要出現(xiàn)在導(dǎo)軌與活塞相接觸部分的內(nèi)側(cè)面。最大應(yīng)力值43.122MPa小于屈服強(qiáng)度(205MPa)的l/3(68(Pa),滿足設(shè)計(jì)要求。由活塞形變仿真圖可以看出活塞的最大形變出現(xiàn)在活塞與水直接接觸的各個(gè)面，并由各個(gè)面的中心向四周逐漸縮小。圖6出水閥體應(yīng)力仿真圖圖7出水閥體形變圖最大形變值為0.081996顧，滿足設(shè)計(jì)要求。3結(jié)語(yǔ)<1)閥門結(jié)構(gòu)型式合理，且重量最輕，成本最低，滿足設(shè)計(jì)、制造要求。<2)閥門主要部件經(jīng)過有限元分析，

11、從應(yīng)力分布云圖上可以看出，主要部件局部應(yīng)力和平均應(yīng)力均滿足許用要求，剛強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。參考文獻(xiàn)：1 陸培文實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.9.2 全國(guó)閥門標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)JB/T10675-2007水用奩筒閥.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.7.4J1Q»/Mai2MJU720M«T-1541“-V014W4J12>?Maa*31“-K77TMMU2HX50，SMin圖8圖8活塞應(yīng)力彷真圖A:MkBracluralToui>201MMW4254.1W3*S圖9活塞形變仿直圖全國(guó)閥門標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).JB/T127962016固定錐形閥.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2016.9.I曾可凡，戴斌，劉孝廣等.千島湖配水工程調(diào)流調(diào)壓閥的設(shè)計(jì)和應(yīng)用J.浙江水利科技，2020,48(06):45-48.5 唐澤潤(rùn)，張白云，蔣勁等.多噴孔活塞式調(diào)流調(diào)壓閥空化流動(dòng)特性分析J.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，