矿井排水系统启闭闸阀的结构设计及力学分析
寇彦飞 杨洁明 陈威
(1.太原理工大学机械工程学院,太原030024; 2.太原理工大学机械电子研究所,太原030024; 3.太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,太原030024)
摘要: 闸阀是矿井排水系统中的关键元件,控制着管道的关闭和开启。在三维Solidworks建模平台上对闸阀进行了结构设计,并在此基础上利用有限元分析软件ANSYS workbench对闸阀壳体进行了静力学分析,得到应力与应变的最大值均发生在壳体与阀板连接处附近,最后通过现场刚试验证了设计的准确性。
关键词: 闸阀;结构设计;有限元分析;试验研究
0 引言
煤矿井下排水系统是煤矿六大系统之一,在保证矿井正常建设和生产方而起着重要作用。闸阀作为排水系统中关键元件,其关闭和开启功能的优劣直接决定着排水正常与否。许多学者开展了此方而的研究,尤其是针对消除或减弱水锤现象方而。吴娟等提出了一种依靠外部液压源提供动力将闸阀打开或关闭的阀门装置,与电动闸阀相比具有控制灵活准确的优点。王念慎提出了一种多功能水泵控制阀,其能实现缓开缓闭,有效降低了水锤现象。
本文在利用三维建模软件Solidworks建立闸阀的三维模型,并在此基础上利用有限元分析软件ANSYS workbench对闸阀壳体进行了静力学分析,最后通过现场测试验证了设计的准确性。
1 闸阀的三维结构
按照国家标准GB/T12234对闸阀的结构进行设计,因闸阀所属的系列为法兰式,取公称通径为DN250,耐压等级为PN6.4 MPa,其三维Solidworks模型如图1所示。其中阀板的形状设计为楔形,考虑阀板所承受的载荷,在设计中将阀板的楔形角度确定为3030',其三维Solidworks模型如图2所示。闸阀的启闭功能是通过阀杆的直线往复运动实现的,在设计时需避免闸阀关闭过猛造成阀板被阀体槽卡住,其三维Solidworks模型如图3所示。
闸阀在输水工作过程中,其壳体在承受周围水压的同时还承担管路内部水流的压力,所以其强度和变形情况将直接影响潜水闸阀的可行性和可靠性。因此,在设计过程中要求闸阀壳体必须满足设计准则,且要具备抗振和耐腐蚀能力。
(来源:中国泵阀第一网)
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