高溫高壓球閥的熱力耦合分析與研究.pdf

1、火力發(fā)電系統(tǒng)的多數(shù)設(shè)備長期處于高溫高壓的苛刻工況，閥門作為電站系統(tǒng)的輔助設(shè)備之一，在工作過程中不僅要承受很高的壓力與溫度，而且還會受到高速流動介質(zhì)沖刷與腐蝕，因此電站閥門的性能要求非常高。本文針對中國環(huán)球閥門有限公司生產(chǎn)的高溫高壓球閥，對其建立了有限元模型，由溫壓等級表換算得到所設(shè)計的球閥在實際工況下對應(yīng)的溫度與壓力，基于傅里葉導(dǎo)熱微分方程對實際工況下的傳熱過程進行了計算，對高溫高壓球閥在備用工況和操作工況下的溫度場進行了求解；借助于有

2、限元分析軟件對球閥裝配體在介質(zhì)壓力作用下所產(chǎn)生的等效應(yīng)力與其在熱力耦合場作用下的等效應(yīng)力做了具體的分析，并對閥芯在不同開度下的磨損情況做了分析，得到的結(jié)論對電站球閥的設(shè)計有一定的指導(dǎo)意義。
　?。?）對球閥做了具體的受力分析，計算閥門密封面上的作用力與閥門的密封比壓，并對主要承載部件的強度進行校核。
　?。?）對球閥在備用工況和操作工況下的溫度場求解，將所得到的溫度場作為載荷施加到球閥結(jié)構(gòu)上，對其進行熱力耦合分析，得到球閥在

3、熱力耦合作用下的等效應(yīng)力；對球閥在只受介質(zhì)壓力作用下進行靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，將所得到的應(yīng)力場與熱力耦合作用下的應(yīng)力場進行比較，得出熱應(yīng)力與壓應(yīng)力之間有一定的抵消作用；迭代求解溫度與最大等效應(yīng)力的四階樣條插值函數(shù)，得到了溫度場與應(yīng)力場相互影響的臨界條件。
　　（3）在熱力耦合場的作用下盡管等效應(yīng)力有所減小，但應(yīng)變反而比以前大了，為了保證閥門有好的密封性，對應(yīng)變最大的球體結(jié)構(gòu)尺寸進行目標(biāo)驅(qū)動優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)在耦合場作用下的應(yīng)變量變小了

4、很多，改善了閥門的密封性能。
　?。?）球體外鍍層不僅可以提高球體硬度、改善表面粗糙度的作用，本文對鍍層與球體分別建模，進行裝配分析，得到鍍層的厚度對其結(jié)構(gòu)強度的影響關(guān)系曲線，找出了在實際工況下求體外鍍層的最佳厚度。
　　（5）球閥在操作的過程中，閥芯開度的不同會影響介質(zhì)的流速進而影響到壁面的磨損速率，通過對閥芯不同開度下壁面磨損速率及內(nèi)部介質(zhì)流速的模擬計算，得出隨著閥芯開度的不斷增大，壁面磨損速率和介質(zhì)流速相繼減小，壁面磨