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厄瓜多爾CCS球閥整體水壓試驗工具設計

類別:球閥 | 作者:姜瑋琳 王聰 | 發布日期:2018-08-02 16:19:30

    球閥水壓試驗工具要求強度高、剛性好,并可反復使用。一般情況下電機公司生產、制造的球閥試驗壓力通常在3.48~9.8MPa范圍內,屬于中壓范圍,設計、制造按常規結構,工具結構有整體鑄鋼結構,有鋼板成型、焊接結構,并進行強度計算。但厄瓜多爾CCS球閥水壓試驗壓力為11.25MPa,采用鑄造方式,不僅鑄造難度大,且易產生鑄造缺陷,因此,整體鑄鋼結構不適合,采取鋼板成型、焊接結構為最佳設計方案。
    水壓試驗工具對鋼板成型與焊接要求較高,鋼板成型不允許有缺陷,焊縫、焊角需經探傷合格,制造難度較大。電機公司生產、制造的焊接結構試驗悶頭常規結構為球冠、過渡錐板、圓筒焊接,對于球閥尺寸不大或試驗壓力不高者均能滿足使用要求。對于高水壓試驗悶頭,此種結構在圓筒與法蘭連接處應力較大,已經超過了材料的屈服應力,無法滿足球閥打壓試驗要求。經有限元強度計算,優選出方案為,在圓筒與法蘭連接處增加一段加厚的過渡圓筒。該過渡圓筒的形狀有利于減少法蘭與圓筒焊接處的應力集中,使工具悶頭的整體受力均勻,強度和剛性得到極大提升,滿足了球閥打水壓試驗要求。

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    根據厄瓜多爾CCS球閥水壓試驗要求,我們設計的水壓試驗工具主要由2個悶頭組成,1個悶頭不帶法蘭,1個悶頭帶法蘭。按整體結構受力最好的情況,不帶法蘭悶頭結構為球冠、過渡錐板、圓筒焊接,由于應力集中在圓筒與過渡錐板接合部,因此,圓筒與過渡錐板接合部焊接20個25mm厚筋板,此悶頭焊于球閥上游連接管上。帶法蘭悶頭與不帶法蘭悶頭相似,但帶法蘭悶頭受力情況更加復雜,圓筒與法蘭連接處應力最大,因此,此處要增加200mm高、壁厚100mm的過渡圓筒,且圓筒與過渡錐板接合部焊接的20個筋板加厚到40mm,長度超過圓筒,延伸到過渡圓筒高度一半,確保悶頭整體受力最好,滿足產品球閥打壓試驗要求。

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1 方案設計

1.1 不帶法蘭悶頭的設計

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    經初步計算,設計不帶法蘭悶頭的球冠半徑為SR1100mm,板厚50mm,材料16MnR,過渡錐板同為50mm厚16MnR鋼板,圓筒處受力較大,選取60mm厚16MnR鋼板。此種狀態下,應力集中在圓筒與過渡錐板接合部,因此,圓筒與過渡錐板接合部焊接20個25mm厚筋板,如圖1所示。

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圖1 無法蘭悶頭

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1.2 帶法蘭悶頭的設計

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    帶法蘭悶頭與不帶法蘭悶頭相似,但帶法蘭悶頭受力情況更加復雜,圓筒與法蘭連接處受力更大,常規結構的悶頭無法滿足打壓試驗要求,若增加法蘭厚度、增加圓筒厚度,且增加筋板數量,則其他部件受力變差,不但工具質量增加很多,而且選材困難,制造也更加困難。因此,經過有限元強度計算后,最佳方案為:在圓筒與法蘭之間增加200mm高、壁厚100mm的過渡圓筒,過渡圓筒的形狀要有利于悶頭的整體受力,且圓筒與過渡錐板接合部焊接的20個筋板加厚到40mm,長度超過圓筒,延伸到過渡圓筒高度一半,此時悶頭整體受力最好,既減少了材料使用、同時降低了工具制造難度,節約工具制造成本,滿足產品球閥打壓試驗要求,如圖2、圖3所示。

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圖2 帶法蘭悶頭

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圖3 過渡圓筒 copyright cqphs.com

2 水壓試驗工具的強度計算

    悶頭設計完成后采用大型有限元法分析程序ANSYS對球閥打壓工具剛強度進行了分析計算,目的是為了檢驗球閥打壓工具的剛強度性能是否滿足設計要求,材料特性見表1。

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表1 材料特性表 內容來自cqphs.com

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    根據表1的材料特性,考慮到調節閥結構與載荷的周期對稱性,選取結構的1/20部分作為計算模型,采用塊體單元劃分網格。在悶頭模型對稱面上施加對稱約束;在與球閥部分連接處施加對稱約束;在悶頭過水處施加水壓力11.25MPa。仿真結果如圖4、圖5所示,相關變形情況見表2。 copyright cqphs.com

表2 悶頭應力、變形情況表

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圖4 無法蘭悶頭

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圖5 帶法蘭悶頭 copyright cqphs.com

    結果表明:悶頭應力和變形結果滿足許用要求。 本文來自重慶普惠斯閥門

3 結語

    該水壓試驗工具己投入了使用,厄瓜多爾項目機組共8臺份,悶頭可反復使用,完全滿足CCS球閥水壓試驗要求,操作方便安全可靠。據電機公司水電分廠反映,該工具十分好用,無論從裝配到拆卸均十分方便,工具變形小,可反復使用,節省了大量制造成本,比電機公司傳統結構好,為我公司高水壓試驗工具的設計、制造及使用積累了寶貴經驗。 內容來自cqphs.com

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