硬密封固定球閥的密封面具有較高的硬度,可以承受較高的使用溫度和管線壓力,具有較好的節(jié)流調(diào)節(jié)性能,能抗固體顆粒、汽蝕及閃蒸的損害,并具有良好的密封性能和耐磨性,廣泛應(yīng)用于煤化工、多晶硅、煉油、海上平臺(tái)和發(fā)電廠等。在要求嚴(yán)密關(guān)斷、高溫及高壓差、開關(guān)迅速、介質(zhì)含固體顆粒的工況下,金屬硬密封球閥是首選的閥門種類。目前硬密封固定球閥在使用中往往出現(xiàn)密封面失效泄漏、閥桿疲勞磨損、球體擠壓變形或球體鍍層破損,而針對(duì)其的理論設(shè)計(jì)分析多集中在理論結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)或單一部件的分析,針對(duì)最可能導(dǎo)致局部部件失效的組件接觸分析以及設(shè)計(jì)尺寸與接觸應(yīng)力之間關(guān)系的探究較少。因此本文中針對(duì)上述情況,以方正閥門集團(tuán)生產(chǎn)的三片式硬密封固定球閥為研究對(duì)象,結(jié)合非線性接觸理論,以數(shù)值模擬的方法對(duì)硬密封固定球閥閥桿與球體接觸、閥座與球體接觸組件進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究分析:1.以NPS 12、CLASS600的硬密封固定球閥為研究對(duì)象,使用Pro/E軟件建立硬密封固定球閥各部件三維模型及總裝模型,通過ANSYS Workbench軟件對(duì)常用的球體與閥桿接觸部位進(jìn)行非線性接觸分析;2.提出三種球體與閥桿接觸優(yōu)化方案,分別建立模型并加載分析,確定不同結(jié)構(gòu)下接觸的最大應(yīng)力,并從中對(duì)比,選出最為合適的一種方案;3.對(duì)選擇出的最優(yōu)方案,以最大接觸應(yīng)力為目標(biāo)參數(shù),以球體與閥桿接觸部位尺寸為設(shè)計(jì)變量,對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的靈敏性分析;4.對(duì)閥座與球體接觸部位進(jìn)行非線性接觸分析,得出隨開度變化閥座與球體接觸應(yīng)力、最大位移變形的變化規(guī)律;分析開度50%和應(yīng)力最大開度下的等效應(yīng)力、位移變形,并對(duì)閥座有偏轉(zhuǎn)與無偏轉(zhuǎn)進(jìn)行了對(duì)比,同時(shí)分析應(yīng)力最大開度下偏轉(zhuǎn)閥座與球體接觸上應(yīng)力分布規(guī)律;5.分析閥座密封面寬度與閥座偏轉(zhuǎn)角度對(duì)閥座密封面上最大等效應(yīng)力和最大位移變形的影響規(guī)律;對(duì)閥座和球體接觸部尺寸進(jìn)行改進(jìn),減少接觸應(yīng)力,滿足使用要求。