夏勝建　黃曉云　張曉忠

摘 要：PE-鋼燃?xì)忾y門作為城建燃?xì)夤芫W(wǎng)的重要連接設(shè)備，PE燃?xì)忾y門的端部聯(lián)接的結(jié)構(gòu)形式尤為重要。利用有限元軟件分析PE端部聯(lián)接結(jié)構(gòu)對(duì)密封的影響情況，將接分析數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明其理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較好的一致性，合理的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)可以有效避免不確定的因素，其密封性能更加穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：PE-鋼燃?xì)忾y門 有限元分析 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 環(huán)形雙面斜齒槽

1 概述

隨著燃?xì)夤艿赖目焖侔l(fā)展，PE材料作為燃?xì)獬Ｓ貌牧?，而PE-鋼燃?xì)忾y門作為城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的重要設(shè)備，其應(yīng)用非常廣泛，因此考慮燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行設(shè)備的安全性，是閥門制造廠是考慮的主要因素。然而傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般采用將PE管套設(shè)于金屬鋼管件外圓，在PE管外圓套設(shè)一個(gè)鋼性的密封件來擠壓固定和支撐塑性管體，這樣的固定方式不但密封性一般、且連接的穩(wěn)定性也一般，傳輸介質(zhì)不但容易在傳輸過程中泄漏。特別是對(duì)安裝好的管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行埋地施工作業(yè)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的拉力與壓力變化復(fù)雜結(jié)合的情況下，塑性管體易在作用力下脫離鋼性管件，使連接結(jié)構(gòu)密封失效甚至現(xiàn)場(chǎng)解體。

2 結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化與驗(yàn)證

PE-鋼燃?xì)忾y門的PE端的結(jié)構(gòu)的防脫出、防泄漏作為閥門密封可靠性的關(guān)鍵。防脫出結(jié)構(gòu)是PE與鋼金屬件部位的連接形式，主要有斜倒錐齒形、鋸齒形、螺紋螺旋齒形結(jié)構(gòu)等等；而影響端部結(jié)構(gòu)密封性能有密封件結(jié)構(gòu)、材料性能、熔接工藝參數(shù)等。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出了一種在管件安裝部及管體安裝部之間設(shè)置新的環(huán)形雙面斜齒槽結(jié)構(gòu)+雙道密封圈+可調(diào)預(yù)緊裝置來實(shí)現(xiàn)管件與管體的可靠性密封結(jié)構(gòu)（如圖所示）。即閥體端部金屬鋼管件的外圓處設(shè)置若干個(gè)用于防止PE管脫離金屬鋼管件的環(huán)形雙面斜齒槽，雙面斜齒槽有利于PE管的安裝，更是防止PE管在拉壓力作用下而脫離金屬管件。雙面斜齒槽的里外兩端部各設(shè)置一道密封圈結(jié)構(gòu)，可有效補(bǔ)償PE管與金屬管件之間的縫隙，形成雙道密封。外部采用可調(diào)式預(yù)緊裝置密封結(jié)構(gòu)，將PE端牢固定位于金屬鋼管件上，與金屬鋼管夾緊聯(lián)成一體式。

將結(jié)構(gòu)采用三維造型軟件和有限元分析軟件，將現(xiàn)有常用的倒齒形、螺紋螺旋齒形、環(huán)性雙面斜齒形等結(jié)構(gòu)繪制成三維模型，進(jìn)行材料屬性定義、劃分網(wǎng)格、添加約束載荷及分析試驗(yàn)數(shù)值等。在特定的條件定義下，模擬施加內(nèi)壓載荷的分析結(jié)果，如下圖表所示：

從上表所示得知，在特定的工況和載荷條件下，齒形為環(huán)形雙面斜齒時(shí)，其相應(yīng)的等效應(yīng)力與接觸應(yīng)力為最佳。由于PE管與金屬鋼件的機(jī)械性能相差較大，因此單靠理論分析，無法準(zhǔn)確定性，因此只有將理論數(shù)據(jù)參數(shù)結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證比較。對(duì)結(jié)構(gòu)件通過靜壓強(qiáng)度試驗(yàn)和動(dòng)載荷密封試驗(yàn)，施加不確定方向的彎曲變形、拉力、壓力和扭轉(zhuǎn)力，檢查PE端的密封可靠性。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，環(huán)形雙面斜齒形的綜合韌性好，熱熔時(shí)安裝便捷，斜齒結(jié)構(gòu)和可調(diào)的預(yù)緊裝置機(jī)構(gòu)可有效保證PE管與鋼金屬件的聯(lián)接牢固，且該結(jié)構(gòu)對(duì)施工操作及其有利，不會(huì)因施工的不確定性而導(dǎo)致PE管脫離或斷裂，同時(shí)地面沉降適應(yīng)能力非常強(qiáng)，具有抗震性能和良好的抗慢速裂紋增長(zhǎng)（SCG）和快速裂紋擴(kuò)展（RCP）能力。

3 結(jié)論

通過改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)，利用有限元分析方法和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)構(gòu)形式是影響密封可靠性的重要因素，只有合理的設(shè)計(jì)和分析，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，才能有效避免不利因素。在實(shí)際生產(chǎn)中需要完善各種規(guī)格的系列化設(shè)計(jì)，找出其中的規(guī)律性，以符合燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)安全發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化要求。

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作者簡(jiǎn)介：夏勝建（1987—），男，漢族，浙江永嘉，工程師，本科，保一集團(tuán)有限公司，從事閥門的技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作。