1.el plan de mejora
De acuerdo con la falla de la válvula de retención de mariposa, la estructura del disco de la válvula y la conexión entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento se pueden mejorar para eliminar la concentración de tensión en la parte de conexión, reducir la probabilidad de falla de la válvula de retención de mariposa cuando se usa, y prolongar la vida útil de la válvula de retención. Se mejoran el disco de la válvula de retención de mariposa y la conexión entre el disco y la varilla de posicionamiento, y se utiliza el software de elementos finitos para simular y analizar; Se propone un esquema mejorado para resolver la concentración de tensiones. El modelo de estructura del esquema mejorado se muestra en la Figura 1.
(1) Mejorar la forma del disco. Ranuras de diseño en el disco de lala válvula de retenciónpara reducir el peso del disco, cambiando así la distribución de la fuerza del disco, y observe la fuerza del disco y la conexión entre el disco y la varilla de posicionamiento. Esta solución puede hacer que la fuerza del disco de la válvula sea más uniforme y mejorar efectivamente la concentración de tensión de la válvula de retención de mariposa.
(2) Mejore la forma del disco y lleve a cabo un diseño de engrosamiento en forma de arco en la parte posterior del disco de la válvula de retención para mejorar la resistencia del disco, cambiando así la distribución de la fuerza del disco, haciendo que la fuerza del disco más uniforme, y mejorando la concentración de tensiones del control de mariposa.
(3) Mejorar la forma de la pieza de conexión entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento; alargue y espese la parte de conexión, y aumente el área de contacto entre la parte de conexión y la parte posterior del disco de la válvula, mejorando así la concentración de tensión de la válvula de retención de mariposa.
(a) La ranura de diseño en el disco de la válvula (b) El engrosamiento del arco en la parte posterior de la válvula (c) La parte de conexión que se alarga y engrosa
Figura 2 El plan de mejora
2.Análisis de elementos finitos
2.1Antes de la optimización estructural
En el proceso de apertura y cierre de la válvula de retención de mariposa, se ve afectada por el medio que fluye en el sistema de tuberías, se establece un modelo tridimensional y se llevan a cabo análisis y simulación numérica. La distribución de tensiones del disco de la válvula de retención de mariposa bajo el impacto del medio fluido se muestra en la Figura 2. Se puede ver en la figura que el lugar donde el disco está más tensionado es la parte roja, casi todos los cuales son ubicado en la pieza de conexión entre el disco y la varilla de posicionamiento; el valor de tensión supera los 39MPa y el máximo puede alcanzar los 217MPa. De acuerdo con la información relevante, la válvula de retención de mariposa está hecha de aleación de acero y el límite elástico es mayor o igual a 216MPa. Se puede observar que el esfuerzo máximo de la pieza de conexión alcanza el límite elástico del material, por lo que el disco de la válvula es propenso a dañarse en el proceso de apertura y cierre.
El diagrama de nubes de la deformación del disco de la válvula de retención de mariposa bajo el impacto del medio fluido se muestra en la Figura 3. Se puede ver en la figura que la parte más severamente deformada del disco está ubicada en el centro de la disco semicircular, que se muestra en el diagrama de nubes. La deformación máxima es de aproximadamente 0,18 a 0,20 mm. Además, dado que los dos discos semicirculares forman un disco circular integral, la deformación del disco es aproximadamente simétrica a la varilla de posicionamiento en el medio.
Figura 3 El diagrama de nube de estrés del disco de la válvula de retención de mariposa
Figura 4 El diagrama de nubes de la deformación del disco de la válvula de retención de mariposa
2.2Diseño de ranuras en la superficie del disco.
Se lleva a cabo el análisis de elementos finitos del disco de válvula de retención mejorado con ranuras en la superficie, y los resultados del análisis de tensión se muestran en la Figura 4. Se puede ver en la Figura 4 que la concentración de tensión todavía ocurre en la conexión entre el disco de válvula y la varilla de posicionamiento. Comparando la distribución de tensión del disco antes de la mejora, el área roja que representa el valor de tensión máxima se reduce significativamente, pero el valor de tensión máxima aumenta de 39 MPa antes de la mejora a 161 MPa; la concentración de tensión no disminuye sino que aumenta, lo que indica que el diseño de ranuras en la superficie del disco no puede resolver el problema de la tensión excesiva.
La distribución de la deformación del disco de la válvula de retención con ranuras en la superficie se muestra en la Figura 5. La Figura 5 muestra que el área más severamente deformada del disco de la válvula mejorado todavía está en el centro del disco de la válvula, y el color es naranja . La imagen de la nube de deformación también es simétrica en ambos lados. La deformación máxima del disco de la válvula es de aproximadamente 0,50 a 0,54 mm, que es casi el doble en comparación con antes de la mejora. La razón es que las ranuras de diseño en la superficie del disco de la válvula hacen que el grosor se vuelva más delgado, por lo que se deforma más fácilmente después de recibir un impacto.
Figura 5 El diagrama de nubes de la tensión del disco de los discos de válvula de retención de mariposa con ranuras
Figura 6 El diagrama de nubes de la deformación del disco de los discos de válvula de retención de mariposa con ranuras
2.3Engrosamiento de arco en la parte posterior del disco.
La distribución de tensiones después del engrosamiento del arco en la parte posterior del disco se muestra en la Figura 6. El área con el mayor valor de tensión todavía se encuentra en la conexión entre el disco y la varilla de posicionamiento. El valor máximo de tensión es de unos 79MPa. En comparación con la ranura en la superficie del disco, se reduce la concentración de tensión. Sin embargo, en comparación con el valor de tensión máxima de 39 MPa en la estructura del disco antes de la mejora, la estructura aún no se puede utilizar. La distribución de la deformación después del engrosamiento del arco en la parte posterior del disco de la válvula se muestra en la Figura 6. La deformación máxima del disco de la válvula es de 0,075 a 0,082 mm, y la posición con la mayor deformación aparece en el borde. Esto es causado por el engrosamiento del arco en la parte posterior del disco de la válvula. Bajo la misma tensión, la parte más delgada del borde del disco de la válvula se deformará primero, lo que reducirá el rendimiento de cierre del disco de la válvula.
2.4Mejora en la conexión entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento
Se lleva a cabo el análisis de elementos finitos del disco de válvula de retención mejorado, y la distribución de tensión de la parte de conexión entre el disco y la varilla de posicionamiento se muestra en la Figura 7. El valor máximo de tensión es de 22 a 30 MPa, lo que reduce efectivamente la concentración de tensión. . Al reducir la tensión máxima en el área de concentración de tensión, se puede reducir el desgaste por fatiga del disco de la válvula y del eje de posicionamiento, lo que prolonga la vida útil de la válvula de retención de mariposa. La distribución de la deformación de la conexión entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento se muestra en la Figura 8. Después de mejorar la conexión entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento, la deformación es simétrica. El área de deformación máxima se encuentra en el medio del disco de la válvula, y la deformación máxima es de 0,13 a 0,15 mm, alrededor de un 27,8 % menos que antes de la mejora.
Figura 7 La distribución de deformación de la parte de conexión.
Figura 8 Mejora en la parte de conexión
3.Una comparación de resultados
Los planes de mejora se comparan y los datos del análisis se muestran en la Tabla 1. De acuerdo con el análisis exhaustivo de los datos de la Tabla 1, lo más razonable es alargar y engrosar la parte de conexión entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento, que puede no solo reduce la tensión del disco de la válvula, sino que también resuelve de manera efectiva la deformación grave para lograr el propósito de reducir la probabilidad de falla de la válvula de retención. Se soluciona el fallo más importante en la producción existente.
Para verificar la corrección de la estructura mejorada y los resultados del análisis de simulación, se produjo una válvula de retención de mariposa con una conexión más larga y más gruesa entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento, y se aplicó al sistema de tuberías de la estación de bombeo de agua circulante. de la planta de preparación de minerales. El sistema de prueba adopta la bomba de agua tipo KQSN 600-M13/631. La estación de bombeo es operada por 7 bombas. Se utilizan 4 juegos y 3 están en espera. La presión de salida real de la estación de bombeo es de 0,36 MPa y el caudal de salida es de 11000 m3/h. Los resultados de la prueba muestran que la válvula de retención mejorada se puede usar durante más de 12 meses en el mismo entorno y tiene un mejor rendimiento.
Tabla 1 Una comparación de datos del plan de mejora
De acuerdo con la falla de la válvula de retención de mariposa, la estructura del disco de la válvula y la conexión entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento se pueden mejorar para eliminar la concentración de tensión en la parte de conexión, reducir la probabilidad de falla de la válvula de retención de mariposa cuando se usa, y prolongar la vida útil de la válvula de retención. Se mejoran el disco de la válvula de retención de mariposa y la conexión entre el disco y la varilla de posicionamiento, y se utiliza el software de elementos finitos para simular y analizar; Se propone un esquema mejorado para resolver la concentración de tensiones. El modelo de estructura del esquema mejorado se muestra en la Figura 1.
(1) Mejorar la forma del disco. Ranuras de diseño en el disco de lala válvula de retenciónpara reducir el peso del disco, cambiando así la distribución de la fuerza del disco, y observe la fuerza del disco y la conexión entre el disco y la varilla de posicionamiento. Esta solución puede hacer que la fuerza del disco de la válvula sea más uniforme y mejorar efectivamente la concentración de tensión de la válvula de retención de mariposa.
(2) Mejore la forma del disco y lleve a cabo un diseño de engrosamiento en forma de arco en la parte posterior del disco de la válvula de retención para mejorar la resistencia del disco, cambiando así la distribución de la fuerza del disco, haciendo que la fuerza del disco más uniforme, y mejorando la concentración de tensiones del control de mariposa.
(3) Mejorar la forma de la pieza de conexión entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento; alargue y espese la parte de conexión, y aumente el área de contacto entre la parte de conexión y la parte posterior del disco de la válvula, mejorando así la concentración de tensión de la válvula de retención de mariposa.
(a) La ranura de diseño en el disco de la válvula (b) El engrosamiento del arco en la parte posterior de la válvula (c) La parte de conexión que se alarga y engrosa
Figura 2 El plan de mejora
2.Análisis de elementos finitos
2.1Antes de la optimización estructural
En el proceso de apertura y cierre de la válvula de retención de mariposa, se ve afectada por el medio que fluye en el sistema de tuberías, se establece un modelo tridimensional y se llevan a cabo análisis y simulación numérica. La distribución de tensiones del disco de la válvula de retención de mariposa bajo el impacto del medio fluido se muestra en la Figura 2. Se puede ver en la figura que el lugar donde el disco está más tensionado es la parte roja, casi todos los cuales son ubicado en la pieza de conexión entre el disco y la varilla de posicionamiento; el valor de tensión supera los 39MPa y el máximo puede alcanzar los 217MPa. De acuerdo con la información relevante, la válvula de retención de mariposa está hecha de aleación de acero y el límite elástico es mayor o igual a 216MPa. Se puede observar que el esfuerzo máximo de la pieza de conexión alcanza el límite elástico del material, por lo que el disco de la válvula es propenso a dañarse en el proceso de apertura y cierre.
El diagrama de nubes de la deformación del disco de la válvula de retención de mariposa bajo el impacto del medio fluido se muestra en la Figura 3. Se puede ver en la figura que la parte más severamente deformada del disco está ubicada en el centro de la disco semicircular, que se muestra en el diagrama de nubes. La deformación máxima es de aproximadamente 0,18 a 0,20 mm. Además, dado que los dos discos semicirculares forman un disco circular integral, la deformación del disco es aproximadamente simétrica a la varilla de posicionamiento en el medio.
Figura 3 El diagrama de nube de estrés del disco de la válvula de retención de mariposa
Figura 4 El diagrama de nubes de la deformación del disco de la válvula de retención de mariposa
2.2Diseño de ranuras en la superficie del disco.
Se lleva a cabo el análisis de elementos finitos del disco de válvula de retención mejorado con ranuras en la superficie, y los resultados del análisis de tensión se muestran en la Figura 4. Se puede ver en la Figura 4 que la concentración de tensión todavía ocurre en la conexión entre el disco de válvula y la varilla de posicionamiento. Comparando la distribución de tensión del disco antes de la mejora, el área roja que representa el valor de tensión máxima se reduce significativamente, pero el valor de tensión máxima aumenta de 39 MPa antes de la mejora a 161 MPa; la concentración de tensión no disminuye sino que aumenta, lo que indica que el diseño de ranuras en la superficie del disco no puede resolver el problema de la tensión excesiva.
La distribución de la deformación del disco de la válvula de retención con ranuras en la superficie se muestra en la Figura 5. La Figura 5 muestra que el área más severamente deformada del disco de la válvula mejorado todavía está en el centro del disco de la válvula, y el color es naranja . La imagen de la nube de deformación también es simétrica en ambos lados. La deformación máxima del disco de la válvula es de aproximadamente 0,50 a 0,54 mm, que es casi el doble en comparación con antes de la mejora. La razón es que las ranuras de diseño en la superficie del disco de la válvula hacen que el grosor se vuelva más delgado, por lo que se deforma más fácilmente después de recibir un impacto.
Figura 5 El diagrama de nubes de la tensión del disco de los discos de válvula de retención de mariposa con ranuras
Figura 6 El diagrama de nubes de la deformación del disco de los discos de válvula de retención de mariposa con ranuras
2.3Engrosamiento de arco en la parte posterior del disco.
La distribución de tensiones después del engrosamiento del arco en la parte posterior del disco se muestra en la Figura 6. El área con el mayor valor de tensión todavía se encuentra en la conexión entre el disco y la varilla de posicionamiento. El valor máximo de tensión es de unos 79MPa. En comparación con la ranura en la superficie del disco, se reduce la concentración de tensión. Sin embargo, en comparación con el valor de tensión máxima de 39 MPa en la estructura del disco antes de la mejora, la estructura aún no se puede utilizar. La distribución de la deformación después del engrosamiento del arco en la parte posterior del disco de la válvula se muestra en la Figura 6. La deformación máxima del disco de la válvula es de 0,075 a 0,082 mm, y la posición con la mayor deformación aparece en el borde. Esto es causado por el engrosamiento del arco en la parte posterior del disco de la válvula. Bajo la misma tensión, la parte más delgada del borde del disco de la válvula se deformará primero, lo que reducirá el rendimiento de cierre del disco de la válvula.
2.4Mejora en la conexión entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento
Se lleva a cabo el análisis de elementos finitos del disco de válvula de retención mejorado, y la distribución de tensión de la parte de conexión entre el disco y la varilla de posicionamiento se muestra en la Figura 7. El valor máximo de tensión es de 22 a 30 MPa, lo que reduce efectivamente la concentración de tensión. . Al reducir la tensión máxima en el área de concentración de tensión, se puede reducir el desgaste por fatiga del disco de la válvula y del eje de posicionamiento, lo que prolonga la vida útil de la válvula de retención de mariposa. La distribución de la deformación de la conexión entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento se muestra en la Figura 8. Después de mejorar la conexión entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento, la deformación es simétrica. El área de deformación máxima se encuentra en el medio del disco de la válvula, y la deformación máxima es de 0,13 a 0,15 mm, alrededor de un 27,8 % menos que antes de la mejora.
Figura 7 La distribución de deformación de la parte de conexión.
Figura 8 Mejora en la parte de conexión
3.Una comparación de resultados
Los planes de mejora se comparan y los datos del análisis se muestran en la Tabla 1. De acuerdo con el análisis exhaustivo de los datos de la Tabla 1, lo más razonable es alargar y engrosar la parte de conexión entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento, que puede no solo reduce la tensión del disco de la válvula, sino que también resuelve de manera efectiva la deformación grave para lograr el propósito de reducir la probabilidad de falla de la válvula de retención. Se soluciona el fallo más importante en la producción existente.
Para verificar la corrección de la estructura mejorada y los resultados del análisis de simulación, se produjo una válvula de retención de mariposa con una conexión más larga y más gruesa entre el disco de la válvula y la varilla de posicionamiento, y se aplicó al sistema de tuberías de la estación de bombeo de agua circulante. de la planta de preparación de minerales. El sistema de prueba adopta la bomba de agua tipo KQSN 600-M13/631. La estación de bombeo es operada por 7 bombas. Se utilizan 4 juegos y 3 están en espera. La presión de salida real de la estación de bombeo es de 0,36 MPa y el caudal de salida es de 11000 m3/h. Los resultados de la prueba muestran que la válvula de retención mejorada se puede usar durante más de 12 meses en el mismo entorno y tiene un mejor rendimiento.
Tabla 1 Una comparación de datos del plan de mejora
| Structural schemes | Stress/MPa | Deformation/mm | Descriptions |
| Original structure | 39 to 217 | 0.18 to 0.20 | The maximum stress is 217MPa. The disc is made of alloy steel. Yield stress is 2216MPa and the simulation result is greater than the minimum value of the material yield limit. |
| Designing grooves on the surface of the disc | 161 to 477 | 0.50 to 0.54 | The maximum stress increases by 2 to 4 times, and the deformation increases by 3 times. |
| arc-shaped thickening of the back of the disc | 79 to 132 | 0.075 to 0.082 | The maximum stress is reduced by 40%, and the deformation is reduced by 58%, but the deformation is concentrated on the edge of the valve disc, which affects the sealing effect. |
| Lengthening and thickening the connection part between the valve disc and the positioning rod | 22 to 30 | 0.13 to 0.15 | The maximum stress is reduced by about 87%, and the deformation is reduced by 25%. |
4. Conclusion
The transient impact of the flowing medium in the pipeline system on the disc of the butterfly check valve will directly affect the normal operation and service life of the valve. In view of the common faults of the butterfly check valve in actual production, SolidWorks and ANSYS are used to carry out 3D modeling and finite element modeling to improve the working stability of the butterfly check valve and prolong the service life of the butterfly check valve. Comparing the stress and deformation of different improvement schemes, it is determined that the lengthening and thickening of the connection between the valve disc and the positioning rod is the optimal improvement scheme.
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