华南理工大学学报(自然科学版)

作者：李树勋, 张建正, 尹会全, 等

单位：1.兰州理工大学 石油化工学院, 甘肃 兰州 7300502.机械工业泵及特殊阀门工程研究中心, 甘肃 兰州 7300503.陕西蓝箭航天技术有限公司, 陕西 西安 710199

关键词：三偏心蝶阀,热棘轮效应,Chaboche模型,循环载荷,密封

基金：甘肃省科技计划资助项目(22CX8GA125);甘肃省教育厅“双一流”重点项目

为了探讨热棘轮效应对三偏心金属硬密封蝶阀密封副热变形及密封性能的影响，先排除了蝶阀发生塑性垮塌失效、密封结构在数次常温与高温交变循环载荷作用下发生疲劳失效的可能性，然后通过ANSYS Workbench有限元分析软件对三偏心蝶阀进行常温与高温交变循环载荷下的热棘轮效应研究，基于Chaboche非线性随动强化模型对三偏心蝶阀进行10次温度循环加载分析。结果表明：高温工况下阀座内环面与阀体外壁面的最大温差约为60 ℃，温度降低到常温后阀座的最大塑性应变随循环次数的增加出现渐增性塑性累积；10次温度循环后阀座的最大塑性应变为0.021 16，阀座在温度循环载荷的作用下发生热棘轮效应；在第5次温度交变循环之后，阀座与密封圈的最大径向变形分别为0.284 4 mm和0.275 3 mm；阀座的最大径向变形大于密封圈的最大径向变形，阀座的残余变形导致密封面出现间隙，证明三偏心蝶阀出现密封失效现象是由于阀座发生热棘轮效应导致的。对阀体外壁面进行良好保温后，经有限元计算阀座未发生棘轮效应，可见对阀体进行良好保温是避免因阀座发生棘轮效应而出现密封失效的有效手段。该研究结果揭示了蝶阀在数次常温与高温交变循环载荷作用下出现密封失效的原因，并提出相应的防范措施。这对相同工况下的其他类型阀门和压力管道等设备避免发生热棘轮效应具有十分重要的指导意义。

来源：2023年第6期

《华南理工大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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