運(yùn)用ANSYS 軟件對J969Y-2500 電動高加三通閥的閥體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了應(yīng)力分析，得到了其綜合應(yīng)力分布規(guī)律，對綜合應(yīng)力分析結(jié)果進(jìn)行了應(yīng)力強(qiáng)度評定，為高加三通閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計和改進(jìn)提供了科學(xué)的理論依據(jù)，分析和評定結(jié)果表明: 閥體的應(yīng)力強(qiáng)度滿足美國ASME Ⅷ-2 標(biāo)準(zhǔn)和我國JB 4732-95 對強(qiáng)度的要求。

1、概述

　　高加電動三通閥作為超( 超) 臨界火電機(jī)組的關(guān)鍵配套產(chǎn)品，是保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要設(shè)備之一。高加電動三通閥的作用在于切斷高壓加熱器進(jìn)水，啟動給水自動旁路，讓給水旁路直接送往鍋爐，保護(hù)高壓加熱器。在超( 超) 臨界條件下，高加電動三通閥的強(qiáng)度和剛度尤其重要，常規(guī)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行閥體壁厚計算只能滿足強(qiáng)度的要求，但無法了解閥門的應(yīng)力分布和變形情況，且在這種情況下，熱應(yīng)力值較大，不能忽略，若采用理論公式計算熱應(yīng)力，計算過程復(fù)雜，誤差較大，因此需要采用更有效的設(shè)計方法。本文采用ANSYS軟件對J969Y-2500 電動高加三通閥進(jìn)行應(yīng)力分析，對于促進(jìn)“超( 超) 臨界火電機(jī)組關(guān)鍵閥門國產(chǎn)化”具有十分重要的意義。

2、閥門的設(shè)計參數(shù)

　　J969Y-2500 電動高加三通閥結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 J969Y-2500 電動高加三通閥模型

　　閥門的技術(shù)條件: 公稱壓力: 42MPa; 設(shè)計壓力: 35.9MPa; 設(shè)計溫度: 300 ℃; 最大開啟/關(guān)閉壓差: 3MPa; 口徑: 18" ; 接管規(guī)格和材料: ��559 × 60 /15NiCuMoNb5 - 6 - 4; 閥體材料WB36 /15NiCuMoNb5 - 6 - 4; 執(zhí)行機(jī)構(gòu): 電動裝置; 電動啟閉時間≤50s; 結(jié)構(gòu)形式: 三通; 連接形式: 對接焊。

3、閥體結(jié)構(gòu)的有限元分析

3.1、提出問題

　　電動高加三通閥在使用的過程中，由于介質(zhì)壓力很高，閥芯在小開度時出現(xiàn)噪聲和振動，使閥芯閥桿抖動，存在泄漏隱患以及旁路閥座檢修困難等主要問題。本次分析的設(shè)想是確定閥體機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的薄弱點(diǎn)，驗(yàn)證強(qiáng)度是否滿足設(shè)計要求，提出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理設(shè)計方案。

3.2、實(shí)體造型

　　采用三維繪圖軟件SolidWorks 建模，由于該閥體的結(jié)構(gòu)規(guī)則且閥體的載荷等具有對稱性，取主閥閥體的1 /2 進(jìn)行有限元分析。造型過程中將圓角、倒角等對產(chǎn)品性能沒有多大影響的特征忽略。

3.3、模型分析

　　將SolidWorks 軟件中的模型導(dǎo)入到ANSYS中( 圖2) 。比較導(dǎo)入前后的模型，確保模型信息的完整。

圖2 ANSYS 中閥體對稱模型

3.4、材料屬性與網(wǎng)格劃分

　　閥體材料為WB36，彈性模量為1.92 ×105MPa( 300℃) ，屈服強(qiáng)度為450MPa，抗拉強(qiáng)度為610MPa，許用應(yīng)力為183MPa( 300℃) 。

　　對閥體網(wǎng)格劃分的過程中，充分利用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)在模型尺寸發(fā)生突變處自動將網(wǎng)格細(xì)化的功能，使整個模型自動分配網(wǎng)格，劃分后的模型有408944 個節(jié)點(diǎn)，283315 個單元。網(wǎng)格模型如圖3 所示。

圖3 閥體模型的網(wǎng)格劃分

3.5、載荷與約束施加

　　對閥體進(jìn)行穩(wěn)態(tài)應(yīng)力有限元分析能夠反映閥體的強(qiáng)度承載情況。閥體處于穩(wěn)定工況時，取內(nèi)部極限溫度300℃，環(huán)境參考溫度27℃，對流換熱系數(shù)取5 W/( m²·K) 。

　　對閥體承受的載荷和約束做如下設(shè)定:

　　(1) 對閥體入口端施加約束;

　　(2) 對閥體下出口端施加約束;

　　(3) 對閥門沿中心線的剖面位置施加對稱約束，并將對稱面上的方向位移設(shè)置為0;

　　(4) 閥體內(nèi)表面施加介質(zhì)壓35.9MPa，外表面為自由面。

3.6、求解

　　有限元法的原理是將連續(xù)的組合體離散為單元的組合體，用每個單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)分片的表示求解域內(nèi)待求的未知場變量，近似函數(shù)用未知場函數(shù)在單元各節(jié)點(diǎn)的數(shù)值和與其對應(yīng)的插值函數(shù)來表達(dá)。從而使一個無窮多自由度問題變成有限自由度問題。類似本例小變形線性結(jié)構(gòu)分析的過程，直接使用默認(rèn)求解命令進(jìn)行求解就能達(dá)到要求。