梭式核反应阀的设计与建模

梭式核反应阀的设计与建模

回收器是用于控制流量的单向流动以防止流量流失的装置。它被广泛应用于许多行业的重要应用，如石油、化工、冶金、自来水管道的输送头等。现在，使用最广泛的旋转回避和投降回避的阀瓣通常依靠重力关闭，安装位置受到限制，密封性能低。搅拌停止（专利产品）是通过流量本身的压力关闭的，而不受安装位置的限制。此外，在软密封下可以避免零泄漏，以满足所有行业的需求。1流道、阀口梭式止回阀的结构如图1所示.主要由阀体、阀瓣、阀套、预紧弹簧等零部件组成.阀体两端采用标准法兰连接,为减小流体流动阻力,内部流道采用流线型设计,密封面可采用金属密封或橡胶软密封.阀体材料一般为碳钢或不锈钢.梭式止回阀的阀口在流体压力作用下自动启闭:当流体从进口侧流向出口侧时,由于流体本身压力将阀瓣向后推开,阀口打开,流体正向流通;当进口侧压力低于出口侧压力时,阀瓣承受背压,阀口关闭,防止流体倒流.而且,该阀芯结构设有预紧弹簧,即使在背压很低情况下也能靠预紧力紧密关闭,阀的工作可靠性高.2非密封件结构参数的选择和计算梭式止回阀的设计一般是先根据给定的技术参数和工况条件选择阀标准件的结构参数,然后再进行非标准件结构参数的选择和计算.通常给定的技术参数有:公称通径、公称压力、工作温度、工作介质、连接方式及标准等.2.1流道结构的设计阀体结构的设计主要是腔内流道的合理设计和内部密封面的选择计算.由于阀体两端采用了标准法兰连接,根据公称通径可按手册查得法兰结构参数.阀体壁厚的选择则参考文献中钢制旋起式止回阀最小壁厚的规定值圆整后得出.阀体流道设计的关键是流道结构的流线型设计,并且要保证流道的流通面积大于管道通径面积.即π(D21−D22)/4≥πD2/4π(D12-D22)/4≥πD2/4式中:D为公称通径;D1为流道最小处的阀体内径;D2为流道最小处的阀套外径.根据阀体的结构特点,一般流道通流面积的最小处位于阀套的头部.而流道的流线型设计则要求阀体腔内没有尖角、死角,全部圆弧过渡,尽量减小流体所受阻力.另外,为保证阀套能够顺利装进阀体腔内,设计时应使阀体出口侧流道直径大于阀套头部直径1～2mm.2.2密封副的设计用来衡量止回阀防止流体倒流的重要性能之一就是其防泄漏能力,理想情况下要求止回阀的泄漏量为零.密封副的设计直接关系到止回阀的防泄漏特性,所以,密封副的设计也是止回阀设计中的关键之一.梭式止回阀密封面的宽度可参考文献中止回阀密封副设计的相关参数,注意考虑密封面两端的倒角.为保证密封的紧密性,密封面上可堆焊硬质合金(如司太立合金等)或用橡胶进行软密封.密封面的粗糙度同样也影响阀的密封性和寿命,梭式止回阀要求密封面的粗糙度Ra应不大于0.4μm,且要求配研.2.3弹簧刚度和刚度的计算弹簧是梭式止回阀中的重要零件,它为阀口的紧密关闭提供预紧力.该阀使用的是圆柱螺旋压缩弹簧,主要设计参数包括:弹簧丝直径d、弹簧圈中径D、节距t、有效圈数n、自由高度H0等.在弹簧实际计算时,有很多不同的算法,这里介绍一种弹簧设计快速算法.主要设计过程如下:(1)根据工况条件选定弹簧材料,再结合衬套外径估算弹簧丝直径d和弹簧圈中径D,以旋绕比C在4～14间为宜(其中:旋绕比C=D/d).(2)计算弹簧的试验载荷Pn:Pn=πd3[τp]/8KDΡn=πd3[τp]/8ΚD其中:[τp]为材料的许用切应力;K为曲度系数(也叫补偿系数),可按式:K=(4C−1)/(4C−4)+0.615/CΚ=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C计算,其中C为旋绕比.(3)计算弹簧自由高度H0:由阀的结构参数可确定弹簧的工作高度H1,压缩高度Hn,再按标准选择弹簧的自由高度H0值,一般比H1高几十毫米即可.(4)计算弹簧的有效圈数和弹簧刚度.弹簧刚度:P′=Pn/Fn,其中Fn=H0-Hn;弹簧单圈刚度:Pd′=Gd4/8D3,其中G为材料的切变模量;弹簧有效圈数:n=Pd′/P′,结果按标准选取,完成后再反推出弹簧的实际载荷Pn;总圈数:n1=n+2.(5)计算弹簧节距:t=(H0-1.5d)/n.(6)校核验算:应使Hb=(n+1.5)d≤Hn,不满足则重新设计.3pro/系统简介初步完成阀的结构设计后,接着应进行梭式止回阀的三维实体建模设计,完善细节的设计.由于阀的外形为复杂曲面,用传统的二维制图不易完成,且效率低下.并且,在实际设计过程中要对阀的结构进行反复修改,因此要求建模软件能够方便修改,且修改部分不会影响其他无关部分.基于上述原因,选择Pro/Engineer(2001中文版)作为阀的三维建模工具,见图2所示.Pro/Engineer是美国PTC(ParametricTechnologyCorporation)公司推出的以参数化设计为基础的CAD/CAM/CAE系统,是一个功能强大的三维全方位产品开发系统.Pro/Engineer参数化的设计特点是将零件的设计认为是基于特征的设计,无论多复杂的零件都是由特征累积构成,如:孔、倒角、凸台等.当需要对零件进行修改时,只需简单修改相关特征的尺寸参数后再生即可.同时,应用Pro/Engineer设计的三维实体模型其结果可直接生成二维工程图,生成加工用的NC刀轨控制文件,并能同其他大型有限元分析软件(如ANSYS,NASTRAN等)进行数据交换,弥补了有限元软件造型上的不足,提高有限元分析工作的效率.从上面分析可看出,选用Pro/Engineer作为梭式止回阀的三维建模工具是非常适宜的:三维造型功能强大,使阀体复杂曲面的生成易于实现;参数化设计特点使模型修改方便;并可直接生成二维工程图.分析阀的各个零件可发现,尽管阀体、阀瓣、阀套和衬套的外形为复杂曲面,但都是轴对称零件,可采用做出纵剖面后绕纵轴旋转生成,然后再进行孔、退刀槽和倒角等的生成.弹簧的设计则可应用Pro/Engineer高级特征造型中螺旋扫描方式生成.最终用Pro/Engineer生成的梭式止回阀的三维实体装配见图3.4其他新型采用密闭剂型采用密闭剂型采用密闭