應(yīng)用Solid Works對大口徑蝶閥工廠試驗進(jìn)行改進(jìn)

賈世林　兌亞貞

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

關(guān)鍵詞：SolidWorks；大口徑蝶閥；剛度；變形；試壓盲板

0引言

近年來，隨著我國城市化建設(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)也越來越多地接到大口徑蝶閥的訂單。但最終進(jìn)行工廠試驗的時候，由于閥門在試壓的時候變形量較大，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時的變形，除了對閥體自身的剛度進(jìn)行改進(jìn)，對試壓盲板的結(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)計由于沒有分析軟件，在設(shè)計的時候，往往根據(jù)《閥門設(shè)計手冊》和經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計，且在設(shè)計時，無法對閥門最后在工廠試驗時的變形作出比較準(zhǔn)確的估算。所以在設(shè)計時，為了保證閥門的安全性及一次試驗通過率，閥門往往設(shè)計的比較笨重。特別是大口徑的閥門，如果也這樣設(shè)計，其成本就會大大提高。

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)計周期，降低測試成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加大利潤空間翻。這就對我們設(shè)計閥門，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DN2500PNl6的大口徑軟密封蝶閥訂單，閥門的結(jié)構(gòu)長度為法蘭長系列，在設(shè)計初期，我們就利用SolidWorks軟件對閥門的性能進(jìn)行了分析，且在設(shè)計時，我們也通過采用給閥體增加環(huán)筋和橫筋來對閥體自身的剛度進(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，無法在試壓機(jī)上進(jìn)行試驗，所以我們在對閥門進(jìn)行應(yīng)力分析的時候，不能簡單地對閥體兩側(cè)的法蘭面進(jìn)行固定約束。我們在分析的時候，必須和工廠密封試驗時候的約束方法一致。

密封測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試，所以，工廠在密封測試分析的時候，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分析的時候?qū)υ噳好ぐ宓倪h(yuǎn)端面進(jìn)行固定約束即可對閥門進(jìn)行密封測試。由于反向密封測試更容易泄露，所以，我們在利用SolidWorks軟件進(jìn)行分析的時候，僅分析反向密封試驗即可。

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裝配體進(jìn)行反向密封試驗，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。而工廠在實際進(jìn)行密封測試時，我們現(xiàn)場進(jìn)行了測量。測量結(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約束有一定的誤差，網(wǎng)格劃分對結(jié)果也有一定的影Ⅱ向，所以我們認(rèn)為SolidWorks對此次分析結(jié)果來說是比較準(zhǔn)確的。

但是此結(jié)果對于DN2500 PNl6的大口徑軟密封蝶閥是不可以接受的。因為這樣大的變形，橡膠自身的壓縮變形不足以補(bǔ)償來達(dá)到密封比壓。從事閥門設(shè)計行業(yè)的人往往會由于思維慣性，考慮可能是由于閥門自身的剛度有問題?？墒聦崊s是根據(jù)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)和設(shè)計，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)計結(jié)構(gòu)已經(jīng)不現(xiàn)實。

所以我們必須跳出慣性思維，由于閥門試驗是一個整體，這個整體就包括閥門自身，還有試壓盲板。于是我們就考慮對試壓盲板的結(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分析中，試驗對象的邊界支持情況和外力作用形式是無法改變的，材料也是無法變更的，所以我們只能對其幾何形狀進(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，我們在原來的試壓盲板法蘭面增加了一塊中間帶孔的板，來增強(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，工廠實際密封試驗測量的變形為5mm（直徑）。直徑方向的變形率為千分之二，這個程度的變形對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進(jìn)行了對比分析。有興趣的朋友可以按照自己的想法對試壓盲板進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

3結(jié)論

小口徑低壓力的閥門進(jìn)行工廠試驗時，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)對閥體和蝶閥的剛度進(jìn)行了增強(qiáng)，但在工廠試驗的時候，如果不對試壓盲板進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，也會因為變形太大造成泄漏。我們通過對試壓盲板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，大口徑蝶閥在工廠密封試驗時的變形可以大大降低。這對其他大口徑閥門的工廠試驗，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