基于ANSYS薄型排渣闸阀泄漏问题分析

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薄型排渣闸阀主要用于火力发电厂除渣除灰、矿山尾矿输送、污水排放等磨损大、腐蚀性强的管道系统中，有耐高温、耐高压、强度高、启闭灵活、拆装方便等优点。但由于工作过程中振动大、介质流速快、温度高、腐蚀性强等原因，阀体、闸板、法兰连接处易出现磨损严重、连接松动、连接件在高温下产生塑性变形、薄型排渣闸阀产生蠕变等现象，使得介质内泄外漏。特别是在电厂除渣系统中，由于密封不严，灰渣中的可燃物泄漏产生的结焦甚至明火对阀门损伤严重，大大加快了阀门的报废速度。本文利用 ANSYS有限元分析软件对排渣阀法兰连接处进行热分析、热结构耦合分析，得出排渣阀连接处的温度尝应力场分布及在热应力与外力作用下的变形情况，从而为解决排渣阀泄漏问题的改进设计和优化提供理论依据和指导。

1 温度场分析利用 ANSYS软件进行热分析计算的基本原理是把处理的对象首先划分成有限个单元 (每个单元包含若干个节点)，然后根据能量守恒原理求解-定边界条件和初始条件下每-节点处的热平衡方程，由此计算出各节点温度值，继而进-步求解出其他相关量。

1.1 有限元模型的建立排渣阀法兰连接处是-轴对称件，法兰用 8个螺栓连接。在 ANSYS中创建出 1/8模型，采用 Solid87六节点四面体单元对实体模型进行网格划分〖虑到组件中螺栓相对较小，针对螺栓采用不同的单元尺寸控制和smartsize网格划分控制，并采用 Tet四面体单元对单元形状进行控制，得到较为规则的网格形状，有利于提高计算的正确性和精确性。排渣阀法兰连接处的有限元模型如图1所示。

1.2 边界条件及热栽荷排渣阀在开启状态下进行锅炉排渣时，高温锅炉灰渣均匀排出，阀门法兰连接处内壁受到的灰渣热辐射基本保持不变，外侧处在锅炉厂房的空气中，温度保持不变，所以可以将其热传导视为准稳态导热。法兰内、外侧温度恒定，在分析过程中规定边界温度为常数，属于第-边界条件，即 t -常数。根据传热学的原理，排渣阀各组件的热传导分别服从不带内热源的稳定热传导控制方程。对三维来说，控制方程为：筹等筹0。

图 1 排澄阀法兰连接处的有 限元模 型排渣阀法兰连接处的结构如图 l所示，排渣阀出口法兰与管道 (金属膨胀节)入 口法兰由 8个均匀布置的螺栓连接，排渣阀门竖直安装，连接的上、下两个法兰面均处于水平面，因此在没有震动和外力的作用下 ，法兰受到垂直于螺栓分布所在环面的均布力，8个螺栓承受竖直方向的拉力。上、下两个法兰面紧密接触。排渣阀处在开启的工作状态时，高温灰渣均匀流过，充满阀门及管道内部空间，高温介质与内腔壁面为自然对流传热，介质温度为850℃，换热系数为 40 w/(rn2·℃)，即在法兰连接处内表面施加 850℃的恒温载荷.夕 壁与空气接触，阀体外壁与周围环境大气之间的对流传收稿El期；2013-01-19修回日期：2013-02-19作者简介：周双双 (1985-)，男 ，陕西延安人，在读硕士研究生，从事电力设备方面的研究。