梭式核反應(yīng)閥的設(shè)計(jì)與建模

回收器是用于控制流量的單向流動以防止流量流失的裝置。它被廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)的重要應(yīng)用，如石油、化工、冶金、自來水管道的輸送頭等?，F(xiàn)在，使用最廣泛的旋轉(zhuǎn)回避和投降回避的閥瓣通常依靠重力關(guān)閉，安裝位置受到限制，密封性能低。攪拌停止（專利產(chǎn)品）是通過流量本身的壓力關(guān)閉的，而不受安裝位置的限制。此外，在軟密封下可以避免零泄漏，以滿足所有行業(yè)的需求。1流道、閥口梭式止回閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示.主要由閥體、閥瓣、閥套、預(yù)緊彈簧等零部件組成.閥體兩端采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接,為減小流體流動阻力,內(nèi)部流道采用流線型設(shè)計(jì),密封面可采用金屬密封或橡膠軟密封.閥體材料一般為碳鋼或不銹鋼.梭式止回閥的閥口在流體壓力作用下自動啟閉:當(dāng)流體從進(jìn)口側(cè)流向出口側(cè)時(shí),由于流體本身壓力將閥瓣向后推開,閥口打開,流體正向流通;當(dāng)進(jìn)口側(cè)壓力低于出口側(cè)壓力時(shí),閥瓣承受背壓,閥口關(guān)閉,防止流體倒流.而且,該閥芯結(jié)構(gòu)設(shè)有預(yù)緊彈簧,即使在背壓很低情況下也能靠預(yù)緊力緊密關(guān)閉,閥的工作可靠性高.2非密封件結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇和計(jì)算梭式止回閥的設(shè)計(jì)一般是先根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)和工況條件選擇閥標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)參數(shù),然后再進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇和計(jì)算.通常給定的技術(shù)參數(shù)有:公稱通徑、公稱壓力、工作溫度、工作介質(zhì)、連接方式及標(biāo)準(zhǔn)等.2.1流道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)閥體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是腔內(nèi)流道的合理設(shè)計(jì)和內(nèi)部密封面的選擇計(jì)算.由于閥體兩端采用了標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接,根據(jù)公稱通徑可按手冊查得法蘭結(jié)構(gòu)參數(shù).閥體壁厚的選擇則參考文獻(xiàn)中鋼制旋起式止回閥最小壁厚的規(guī)定值圓整后得出.閥體流道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是流道結(jié)構(gòu)的流線型設(shè)計(jì),并且要保證流道的流通面積大于管道通徑面積.即π(D21?D22)/4≥πD2/4π(D12-D22)/4≥πD2/4式中:D為公稱通徑;D1為流道最小處的閥體內(nèi)徑;D2為流道最小處的閥套外徑.根據(jù)閥體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),一般流道通流面積的最小處位于閥套的頭部.而流道的流線型設(shè)計(jì)則要求閥體腔內(nèi)沒有尖角、死角,全部圓弧過渡,盡量減小流體所受阻力.另外,為保證閥套能夠順利裝進(jìn)閥體腔內(nèi),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使閥體出口側(cè)流道直徑大于閥套頭部直徑1～2mm.2.2密封副的設(shè)計(jì)用來衡量止回閥防止流體倒流的重要性能之一就是其防泄漏能力,理想情況下要求止回閥的泄漏量為零.密封副的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到止回閥的防泄漏特性,所以,密封副的設(shè)計(jì)也是止回閥設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵之一.梭式止回閥密封面的寬度可參考文獻(xiàn)中止回閥密封副設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù),注意考慮密封面兩端的倒角.為保證密封的緊密性,密封面上可堆焊硬質(zhì)合金(如司太立合金等)或用橡膠進(jìn)行軟密封.密封面的粗糙度同樣也影響閥的密封性和壽命,梭式止回閥要求密封面的粗糙度Ra應(yīng)不大于0.4μm,且要求配研.2.3彈簧剛度和剛度的計(jì)算彈簧是梭式止回閥中的重要零件,它為閥口的緊密關(guān)閉提供預(yù)緊力.該閥使用的是圓柱螺旋壓縮彈簧,主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括:彈簧絲直徑d、彈簧圈中徑D、節(jié)距t、有效圈數(shù)n、自由高度H0等.在彈簧實(shí)際計(jì)算時(shí),有很多不同的算法,這里介紹一種彈簧設(shè)計(jì)快速算法.主要設(shè)計(jì)過程如下:(1)根據(jù)工況條件選定彈簧材料,再結(jié)合襯套外徑估算彈簧絲直徑d和彈簧圈中徑D,以旋繞比C在4～14間為宜(其中:旋繞比C=D/d).(2)計(jì)算彈簧的試驗(yàn)載荷Pn:Pn=πd3[τp]/8KDΡn=πd3[τp]/8ΚD其中:[τp]為材料的許用切應(yīng)力;K為曲度系數(shù)(也叫補(bǔ)償系數(shù)),可按式:K=(4C?1)/(4C?4)+0.615/CΚ=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C計(jì)算,其中C為旋繞比.(3)計(jì)算彈簧自由高度H0:由閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)可確定彈簧的工作高度H1,壓縮高度Hn,再按標(biāo)準(zhǔn)選擇彈簧的自由高度H0值,一般比H1高幾十毫米即可.(4)計(jì)算彈簧的有效圈數(shù)和彈簧剛度.彈簧剛度:P′=Pn/Fn,其中Fn=H0-Hn;彈簧單圈剛度:Pd′=Gd4/8D3,其中G為材料的切變模量;彈簧有效圈數(shù):n=Pd′/P′,結(jié)果按標(biāo)準(zhǔn)選取,完成后再反推出彈簧的實(shí)際載荷Pn;總?cè)?shù):n1=n+2.(5)計(jì)算彈簧節(jié)距:t=(H0-1.5d)/n.(6)校核驗(yàn)算:應(yīng)使Hb=(n+1.5)d≤Hn,不滿足則重新設(shè)計(jì).3pro/系統(tǒng)簡介初步完成閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后,接著應(yīng)進(jìn)行梭式止回閥的三維實(shí)體建模設(shè)計(jì),完善細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì).由于閥的外形為復(fù)雜曲面,用傳統(tǒng)的二維制圖不易完成,且效率低下.并且,在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中要對閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)修改,因此要求建模軟件能夠方便修改,且修改部分不會影響其他無關(guān)部分.基于上述原因,選擇Pro/Engineer(2001中文版)作為閥的三維建模工具,見圖2所示.Pro/Engineer是美國PTC(ParametricTechnologyCorporation)公司推出的以參數(shù)化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的CAD/CAM/CAE系統(tǒng),是一個(gè)功能強(qiáng)大的三維全方位產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng).Pro/Engineer參數(shù)化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是將零件的設(shè)計(jì)認(rèn)為是基于特征的設(shè)計(jì),無論多復(fù)雜的零件都是由特征累積構(gòu)成,如:孔、倒角、凸臺等.當(dāng)需要對零件進(jìn)行修改時(shí),只需簡單修改相關(guān)特征的尺寸參數(shù)后再生即可.同時(shí),應(yīng)用Pro/Engineer設(shè)計(jì)的三維實(shí)體模型其結(jié)果可直接生成二維工程圖,生成加工用的NC刀軌控制文件,并能同其他大型有限元分析軟件(如ANSYS,NASTRAN等)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,彌補(bǔ)了有限元軟件造型上的不足,提高有限元分析工作的效率.從上面分析可看出,選用Pro/Engineer作為梭式止回閥的三維建模工具是非常適宜的:三維造型功能強(qiáng)大,使閥體復(fù)雜曲面的生成易于實(shí)現(xiàn);參數(shù)化設(shè)計(jì)特點(diǎn)使模型修改方便;并可直接生成二維工程圖.分析閥的各個(gè)零件可發(fā)現(xiàn),盡管閥體、閥瓣、閥套和襯套的外形為復(fù)雜曲面,但都是軸對稱零件,可采用做出縱剖面后繞縱軸旋轉(zhuǎn)生成,然后再進(jìn)行孔、退刀槽和倒角等的生成.彈簧的設(shè)計(jì)則可應(yīng)用Pro/Engineer高級特征造型中螺旋掃描方式生成.最終用Pro/Engineer生成的梭式止回閥的三維實(shí)體裝配見圖3.4其他新型采用密閉劑型采用密閉劑型采用密閉