賈世林　兌亞貞

摘要：本文介紹了應(yīng)用SolidWorks軟件，對(duì)大口徑蝶閥試驗(yàn)過(guò)程中的變形進(jìn)行分析，結(jié)合工廠試驗(yàn)，對(duì)試壓盲板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，從而大大減小大口徑蝶閥工廠試驗(yàn)過(guò)程中的變形，為其他大口徑閥門在工廠試驗(yàn)提供參考。

關(guān)鍵詞：SolidWorks；大口徑蝶閥；剛度；變形；試壓盲板

0引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化建設(shè)的發(fā)展，大口徑的蝶閥在城市供水和污水處理中被大量的應(yīng)用，閥門制造企業(yè)也越來(lái)越多地接到大口徑蝶閥的訂單。但最終進(jìn)行工廠試驗(yàn)的時(shí)候，由于閥門在試壓的時(shí)候變形量較大，嚴(yán)重影Ⅱ向了閥門的密封性能。為了減小大口徑閥門在工廠試驗(yàn)時(shí)的變形，除了對(duì)閥體自身的剛度進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)試壓盲板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)也十分必要。

1大口徑蝶閥

早期的蝶閥設(shè)計(jì)由于沒有分析軟件，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，往往根據(jù)《閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，且在設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)法對(duì)閥門最后在工廠試驗(yàn)時(shí)的變形作出比較準(zhǔn)確的估算。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證閥門的安全性及一次試驗(yàn)通過(guò)率，閥門往往設(shè)計(jì)的比較笨重。特別是大口徑的閥門，如果也這樣設(shè)計(jì)，其成本就會(huì)大大提高。

Simulation是SolidWorks公司推出的一套有限元分析軟件。它作為嵌入式分析軟件與SolidWorks無(wú)縫集成。運(yùn)用Simulation，普通的工程師就可以進(jìn)行工程分析，并可以迅速得到分析結(jié)果，從而最大限度地縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，降低測(cè)試成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加大利潤(rùn)空間翻。這就對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)閥門，特別是大口徑的閥門提供了很好的技術(shù)支撐。

鄭州市鄭蝶閥門有限公司2015年接到一個(gè)DN2500PNl6的大口徑軟密封蝶閥訂單，閥門的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為法蘭長(zhǎng)系列，在設(shè)計(jì)初期，我們就利用SolidWorks軟件對(duì)閥門的性能進(jìn)行了分析，且在設(shè)計(jì)時(shí)，我們也通過(guò)采用給閥體增加環(huán)筋和橫筋來(lái)對(duì)閥體自身的剛度進(jìn)行增強(qiáng)。閥體的三維模型如圖1所示。

由于閥門口徑較大，無(wú)法在試壓機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，所以我們?cè)趯?duì)閥門進(jìn)行應(yīng)力分析的時(shí)候，不能簡(jiǎn)單地對(duì)閥體兩側(cè)的法蘭面進(jìn)行固定約束。我們?cè)诜治龅臅r(shí)候，必須和工廠密封試驗(yàn)時(shí)候的約束方法一致。

密封測(cè)試是閥體和蝶板以裝配體的形式和試壓盲板進(jìn)行連接，但由于閥門要求雙向密封測(cè)試，所以，工廠在密封測(cè)試分析的時(shí)候，試壓盲板必須安裝兩次，即密封部位一側(cè)和非密封部位一側(cè)。SolidWorks分析的時(shí)候?qū)υ噳好ぐ宓倪h(yuǎn)端面進(jìn)行固定約束即可對(duì)閥門進(jìn)行密封測(cè)試。由于反向密封測(cè)試更容易泄露，所以，我們?cè)诶肧olidWorks軟件進(jìn)行分析的時(shí)候，僅分析反向密封試驗(yàn)即可。

常規(guī)試壓盲板的三維模型如圖2和圖3所示。

根據(jù)我們上面的分析，我們將閥體、蝶板和試壓盲板作為一個(gè)裝配體進(jìn)行反向密封試驗(yàn)，分析結(jié)果如圖4所示。

從圖4中，我們可以看出紅色部位變形最大，為3.5mm，即直徑變形可達(dá)7mm。而工廠在實(shí)際進(jìn)行密封測(cè)試時(shí)，我們現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量結(jié)果同樣顯示此部位變形最大，為9mm（直徑），鑒于我們分析模型的約束和真實(shí)約束有一定的誤差，網(wǎng)格劃分對(duì)結(jié)果也有一定的影Ⅱ向，所以我們認(rèn)為SolidWorks對(duì)此次分析結(jié)果來(lái)說(shuō)是比較準(zhǔn)確的。

但是此結(jié)果對(duì)于DN2500 PNl6的大口徑軟密封蝶閥是不可以接受的。因?yàn)檫@樣大的變形，橡膠自身的壓縮變形不足以補(bǔ)償來(lái)達(dá)到密封比壓。從事閥門設(shè)計(jì)行業(yè)的人往往會(huì)由于思維慣性，考慮可能是由于閥門自身的剛度有問題?？墒聦?shí)卻是根據(jù)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，閥體和蝶板的自身剛度并沒有問題。最重要的是閥門已經(jīng)裝配完畢，從新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)。

所以我們必須跳出慣性思維，由于閥門試驗(yàn)是一個(gè)整體，這個(gè)整體就包括閥門自身，還有試壓盲板。于是我們就考慮對(duì)試壓盲板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛度改進(jìn)。

剛度是指材料或結(jié)構(gòu)在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力，是材料或結(jié)構(gòu)彈性變形難易程度的表征。剛度與物體的材料性質(zhì)、幾何形狀、邊界支持情況以及外力作用形式有關(guān)。在本次閥門的工廠試驗(yàn)分析中，試驗(yàn)對(duì)象的邊界支持情況和外力作用形式是無(wú)法改變的，材料也是無(wú)法變更的，所以我們只能對(duì)其幾何形狀進(jìn)行改進(jìn)。

改進(jìn)后的試壓盲板模型如圖5所示。

從圖5中，不難看出，我們?cè)谠瓉?lái)的試壓盲板法蘭面增加了一塊中間帶孔的板，來(lái)增強(qiáng)試壓盲板自身的剛度。我們繼續(xù)用SolidWorks進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6。

改進(jìn)之后，我們從圖6可以看出最大變形為2.2mm，直徑方向最大變形為4.4mm，工廠實(shí)際密封試驗(yàn)測(cè)量的變形為5mm（直徑）。直徑方向的變形率為千分之二，這個(gè)程度的變形對(duì)于軟密封蝶閥而言還是可以接受的。

試壓盲板的改進(jìn)多種多樣，筆者僅用了其中的一種作為樣本來(lái)進(jìn)行了對(duì)比分析。有興趣的朋友可以按照自己的想法對(duì)試壓盲板進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

3結(jié)論

小口徑低壓力的閥門進(jìn)行工廠試驗(yàn)時(shí)，常規(guī)的試壓盲板就可以，其主要原因是閥門的變形量不大。大口徑的閥門自身的變形量較大，即使我們已經(jīng)對(duì)閥體和蝶閥的剛度進(jìn)行了增強(qiáng)，但在工廠試驗(yàn)的時(shí)候，如果不對(duì)試壓盲板進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，也會(huì)因?yàn)樽冃翁笤斐尚孤?。我們通過(guò)對(duì)試壓盲板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，大口徑蝶閥在工廠密封試驗(yàn)時(shí)的變形可以大大降低。這對(duì)其他大口徑閥門的工廠試驗(yàn)，特別是要求變形量很小的硬密封閥門，提供了很有意義的參考。endprint