造纸厂蒸煮锅锅盖阀的设计与仿真分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Design and Simulation of the Capping Valve on DigesterYANG Guolai ，CAW enbin ，HUANG Shengdong ，CHEN Xiaoyu。，CHEN Xingquan(1.School of Energy and Power Engineering，Imnzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China；2.Wenzhou Research Institute of Pump and Valve Engineering，Lanzhou University of Technology，Wenzhou 325105，China；3.Zh###ang Linuo Valve Co.，lad，Wenzhou 325200，China)Abstract：If the paper mill uses common bal valve on digester capping valve，two seat seal face can t get good contactand will cause leakage and short life，SO a new kind of single seat ball valve was designed.W hen the valve cut off，the out-side pressure works on sphere，which makes the sealing effect improve with outside pressure increase.This paper introduced a new kind of single seat ball valve s design and calculation，and the CFD simulation.The results showed that the newstructure of the capping valve is very effective in real application。

Key words：digester，capping valve，single seat，CFD随着国民经济的高速发展，我国造纸业步入快速增长期 ，已成为我国重要的产业部门，对阀门的要求也在逐年提高。

造纸厂蒸煮锅进料球阀是制浆造纸装置的重要部件之-，设置在蒸煮锅顶部，专门用于控制物料装填工序，是蒸煮锅完成进料后，进料球阀关闭，并能够在高压情况下达到良好密封的-种特殊球阀，该球阀在造纸行业中通常称之为锅盖阀”。该阀进料口通过气体量大，介质通常是造纸的固体物料、废渣、废浆，阀关闭后，随着锅内的蒸煮温度和压力逐渐升高，阀的出口侧要承受很高的压力。这种阀目前没有技术标准，需要根据客户的工艺参数要求量身定制 ，该阀目前全部靠国外进 口，价格昂贵。为此，浙江力诺阀门研发出了-种新产品，同时还取得 了实用新型专利，填补了国内空白。锅盖阀主要由左阀体、右阀体、球体、阀杆和阀座等零部件构成，如图1所示。

1 结构与原理1.1 单浮动阀座锅盖阀通过的介质-般是固体废渣或废浆，这对阀座会造成磨损，故采用金属硬密封设计，阀座表面堆焊硬质合金，增强耐磨性，且堆焊应尽量靠近阀图 1 蒸煮锅进料球 阀座外径。同时，金属硬 密封能在阀起闭时对纤维物料起剪切作用，保证密封面和阀内的清洁，提高了可靠性与使用寿命。

采用单浮动阀座设计(见图 2)，阀座只设在进 口侧，阀座背面处设计了碟形预紧弹簧，使阀座始终与阀芯紧密接触，在低压的时候也可以达到密封要求。

锅盖阀是起闭频率比较高的元件，为提高阀芯与阀座的耐磨性，阀芯表面镀硬铬。起闭过程中，阀芯球面《新技术新工艺》设计计算与试验研究设计计算 试验研究上的 2个密封面可轮流使用，延长了密封面使用寿命。为了防止蒸煮锅内高压介质从浮动阀座与阀体间隙处泄漏，引发安全事故，在碟形弹簧外侧设有 2道 。形密封圈，提高了阀座的密封性能。

锅盖阀工作时，其出口处压力因受到锅内压力作用，远高于进口处压力，阀座与阀芯始终处于紧密接触状态，获得了所需要的密封比压，从而达到良好密封。蒸煮锅内压力越高，密封效果越好。

图 2 阀座结构1.2 半轴承设计新型锅盖阀的设计中采用 2个半轴承来支承阀芯，这 2个半轴承都安装在上阀杆和下阀杆靠近出口的-侧。当锅盖阀开起时，上下阀杆与半轴承接触，阀芯能够在小偏心的情况下灵活地起闭。当锅盖阀全关工作时，阀杆不受半轴承的制约，阀芯在介质的压力下紧贴浮动阀座，压力越高，阀座与阀芯密封比压越大，密封效果越好，安全系数越高。蒸煮锅停止蒸煮后，锅内压力下降，阀杆又能够与半轴承接触。新型半轴承结构的采用使锅盖阀能够适应更多高温、高压的环境。

1.3 安全联锁装置锅盖阀通常工作在高压状态，为了防止蒸煮锅阀门在这种情况下误动作而造成事故，特设置安全联锁装置(见图 3)。在盲法兰上装有压力传感器，传感器与执行器相连，当锅内压力高于设定的安全开起压力时，压力传感器传送锁定控制信号，使阀处于关闭状态。当蒸煮完成且物料排放完，锅内压力低于安全开起设定压力时，阀门执行器才可以动作 ，避免了锅内压力泄漏而产生的危险。

2 阀体 内腔 CFD优化设计蒸煮锅在进料过程中会有物料从锅盖阀没有阀座的-侧进入阀腔，如果阀腔容积太小，介质就会磨损阀芯表面，降低使用寿命；容积太大又会导致阀体体积过大，需要适当增大阀体内腔。在内腔与流道过渡处采用大圆弧顺滑圆角(见图 3b)，阀腔与蒸煮锅之间没有障碍，可以使进入阀腔的物料顺畅流入蒸煮锅，内腔不易滞留物料，从而不会产生阀门起闭阻滞。通过 CFD数值模拟的方法来模拟锅盖阀的内部流场，优化内部结构。

执行器a整体外观圈放大b1局部放大圈图 3 蒸煮锅 物料进口阀外观图2.1 流道建模与网格划分计算模型采用如图 1所示的锅盖阀，通过三维建模软件 UG建立锅盖阀简化结构▲行仿真分析前，要对流体部分进行网格划分，通过布尔运算得到锅盖阀在全开状态时的三维流道图，并保存成.step格式。通过 ICEM进行网格划分，计算得出网格数为 8O万格 。

2.2 Fluent采用的设置将.rash文件 导 入 Fluent，设 置 后 进行 计 算。

湍流模型采用标准的 e模型，离散方程的求解方法采用非结构网格上的 SIMPLE算法，速度压力场采用隐式的全场迭代解法，边界条件规定速度进 口与压力出口。设定好上述求解控制方程后，即可求解 阀芯全开状态的模型 。

2.3 仿真结果分析由于阀芯与出口侧阀体内壁距离比较大，未形成阻尼，不会造成阀芯由于杂质而卡死的现象。图4中阀体内腔 1处压力与出口2处压力近似相等，出口压力增大则阀座附近压力也随之增大。由于阀芯上下 2个球面受到相 同的介质压力 ，这 2个力大小相等，方向相反，故阀芯所受的轴向力为 0。即在锅盖阀完全关闭时，蒸煮锅内压力越大，则图 4中 2处压力越大，阀芯与阀座接触越紧密。

图 4 锅盖阀全开时压力云图锅盖阀在全开时的内流场速度矢量图如图 5所示，其中图 5a是原始结构，阀体内腔与流道过渡处采用韧口；图 5b是优化后的结构∩以得出，阀体《新技术新工艺》设计计算与试验研究 I 73新技术新工艺 2013年 第 2期重型汽车钢板弹簧切边模改进设计董 翔 ，李继高。，伍水华。

(1.江汉大学 机电与建筑工程学院，湖北 武汉 430056；2.江汉大学 文理学院，湖北 武汉 430056；3.湖北神风汽车弹簧有限公司，湖北 黄 冈 435317)摘 要：汽车钢板弹簧是各种载重汽车、机车上的重要零部件，-般在冲击、振动或长期均匀的周期改变应力的环境下工作。本文针对传统重型汽车钢板弹簧切边模存在的不足，在分析板簧切边工艺的基础上 ，提 出了改进措施，给 出了模具的总体 结构 ，并对其主要零部件作 了设计说 明，最后对所设计的模具进行了试模。试尼果表明，该模具可提高钢板弹簧切边精度，模具自身寿命也得到大幅提高。

关键词 ：汽车板簧；切边模 ；设计 ；改进中图分类号：TG 76 文献标志码 ：AImproved Design of Trimming Die for the Automotive Leaf SpringDONG Xiang 。I.I Jigao 。W U Shuihua。

(1.School of Mechanical and Architectural Engineering，Jianghan University，Wuhan 430056 China；2.Colege of Arts& Science，Jianghan University，Wuhan 430056，China；3.Hubei Shenfeng Automotive Spnng Co .，Ltd，Huanggang 435317，China)Abstract：Road spring is the important part of all kinds of cargo truck and roling stock，it usualy works OD the environ-ment of punching，vibration，or stress with long and periodic change.According to the deficiency of traditional trimming diefor the automotive leaf spring，and based on the analysis of forming process of the spring，measures for improvement weresuggested，the total structure was provided，the corresponding main parts were designed，and the designed die was tested。

The results showed that the die can improve the accuracy of product，and the service life of the die was prolonged。

Key words：automobile leaf spring，trimming die，design，improving汽车钢板弹簧必须具备足够高的弹性变形能力、良好的表面质量、优良的疲劳性、塑性和韧性 ，对于重型汽车来说，实际的工作负荷和性能要求更高 。在使用中发现，钢板弹簧端部切边的质量对其疲劳寿命 影响较 大，对保证切边精 度至关重要 。

本文结合与东风公司技术攻关合作中的实践，探索了重型汽车钢板弹簧切边模设计上的改进。

e 盎 e 1.、 e 石 阶 瞄 e 石 e e - e 蛤 e 夤 -、 七石 S 七 七 0 、!内部介质流速非踌，在原始结构中，阀体内腔与流道过渡处冲击大 ，流阻大 ，介质对 阀体磨损大。如果采用大圆弧顺滑圆角，则使得流线非常光滑，冲击小 ，流阻小 ，物料易进入蒸煮锅 。

- - a)原始结构 b1优化原结构图 5 原始结构和优化后 阀体 内流场数值模拟 图3 结语锅盖阀采用特殊的单阀座浮动结构设计，密封面的自适应能力强，密封效果明显提高。同时，阀芯上的2个密封面可交替使用。试验表明，新结构的采用使得锅盖阀寿命延长 1倍。阀体内腔结构采用大圆弧顺滑圆角，优化了流道结构，使得进入锅盖阀内的物料在小流阻的情况下即可进入蒸煮锅。安全联锁装置的设计可以保证蒸煮锅内压力过高时的锅盖阀关闭，避免锅内压力泄漏，产生危险。