高壓長輸管線固定球閥有限元優化設計

 管道輸送在我車發展的非常迅速，液體石油、天然氣都是通過管道來輸送，但是管道輸送最關鍵的是防止氣、油泄露，閥門是管道系統中的重要組成部分，它的質量直接影響氣、油輸送安全，所以保證閥門質量就顯得尤為重要。閥門設計、制作過程均會影響閥門質量，所以在閥站優化設計中，有限元優化設計軟件起到了至關重要的作用，給閥門質量提供了一定的保障。

1、高壓長輸管線固定球閥概述

（1）管道球閥的結構特點：

 球閥是輸送管道系統中較為關健的部分，球閥在這個輸送系統中扮演著重要角色。球閥在系統中能夠發揮作用與它的結構特點存在很大的關系，通常情況下，球閥主要由閥體、球體、閥座、閥桿以及傳轉裝置構成，而常用的管道球閥又由浮動球球和固定球兩種結構。不同類型的球閥具有不同的結構特點，比如浮動球閥的球體是可以浮動的，如果受到壓力的作用，球體會被壓到出口一側的密封圈上，這時候由于形成了單密封。這種球閥具有結構簡單、單側密封性好的特點，不過這種球閥的開啟與斗閉合的力矩較大；然而，固定式球閥有上下轉軸，因此球體可以沿著閥門垂直軸線進行轉動，但它不能進行側各連接閥體、三段式螺栓連接閥體以及頂裝式閥體四種。

（2）管道球閥存在的問題：

 球閥在使用過程中很可能由于各種原因而存在一定的問題，通常情況下，常見的球閥問題主要體現在以下方面：a、球芯開關不到位。這個問題主要是說，當球閥的軸端刻線處于水平位置時，指示球閥關閉，但是由于長時間球芯磨損，所以導致閥桿與球體旋轉不同步，這就引起了旋轉誤差；b、球芯表面鍍鉻處理不當。球閥制造時，通常在球芯表面鍍鉻，這樣可以增強球芯的耐磨性和氣密性，但是鉻層孔隙較多，這使得在其表面直接鍍鉻防腐效果不佳，所以需要進行細致處理；c、閥座材料不適于管道球閥的使用工況。

（3）管道球閥結構形式的確定：

 管道球閥結構不僅決定了它的用途，而且在一定程度上影響著球閥的質量。所以在球閥制造過程中，一定要先確定球閥結構。三段式雙向密封固定球閥具有較大的*性，其流體阻力小，而且結構簡單、重量輕、體積小、最關鍵是它的密封性好，因此三段式雙向密封固定球閥在實際應用過程中較為常見。不過球閥生產與應用還要結合實際，根據生活中的使用需求來設計結構，只有這樣子才能物盡其用。

3、有限元分析

（1）密封圈軸對稱模形接觸有限無分析：

 有限元方法的基本思路是以連續體離散化方法為載體，尋求滿足條件的有效值。該方法解決問題主要通過求解聯立方程組，解出數值與連續體中的離散點相近。在閥門設計優化過程中，主要利用有限元軟件來實現，一個完整的有限元程序包含了前置處理、求解程序、后置處理以及時間歷程后置處理等。在利用有限元求解問題的過程中，面臨的關鍵問題就是如何將接觸面條件適當引入球解過程。而且在有限元計算過程中涉及了幾個重要的參數，包括節點荷載、單元應力、單元應變、位移函數，這幾個參數都是有限元計算中非常重要的。

另外，閥門密封性問題分析時，需要建議有限元分析模型。閥門密封中涉及到密封圈問題，密封圈邊界條件比較復雜，所以分析時應該進行整體分析，通常情況下要依據密封結構的幾何形狀，以及其它條件，可將密封圈分析模型可簡化為對稱模型。

4、結構耦合優化設計

（1）殼體計算：

 閥門是管道系統的重要組成部分，它承擔著許多功能，如它在不同介質的壓力、溫度下進行開啟、減壓、調節等功能，因此閥門承壓邊界的完整性和安全性是需要著重考慮的問題。閥門設計時要加強對殼體材的計算，殼體計算時需要考慮殼體材料和厚度兩因素。材料的好壞會直接影響制造工藝，質量以及成本，所以在選用殼體材料時，要結合地考慮多方面的因素，包括導熱性能、工藝性能、耐腐蝕性以及熱膨脹性等。閥體壁厚的計算是閥門設計的重要環節，通常情況下，殼體計算主要是根據提供的設計標準進行，但是因為閥體選材不在殼體壁厚規定的范圍之內，所以只能通過計算來確定壁厚。

（2）優化設計：

 優化設計模型在解決實際問題中起著非常關鍵的作用，通常情況下確定設計變量、約束條件及目標函數之后就要以生成模型，通過數學模型計算相應的參數和變量。數值迭代是優化設計中常用的方法，其優化的基本思路是搜索、迭代、逼近。

 總而言之，閥門是管道系統中重要的部分，但同時閥門的質量直接影響了管道系統的運輸安全，所以樂控儀表（杭州）有限公司在實際生產過程中，無論是閥門設計，還是閥門制造都是嚴格控制產品質量，在閥門設計中充分利用有限元優化方法來優化，給閥門質量提供更大的保障。