大口径楔式闸阀结构设计与优化

【摘要】：由于大口径闸阀具有流体阻力小、可靠性高、寿命长等优点,因而,被广泛应用于矿山、冶金、石油等行业。大口径的阀体内腔较大,且其截面形状不规则,很难使用传统的机械设计理论对其进行强度计算与设计,在结构设计上多采用经验公式进行计算和设计。但是经验公式往往过于保守,这样就导致大口径楔式闸阀阀体过于笨重,材料利用率低,且生产、安装、调试不便。有鉴于此,本课题采用先进的计算机辅助技术,对大口径楔式闸阀进行设计与优化,使阀门整体更加合理。首先,本文论述了本课题的研究意义,同时在查阅了大量相关文献的基础上对国内外大口径阀门领域的发展状况、各类阀门的优缺点及目前工程上常用的分析方法做出介绍。其次,利用Autodesk Inventor三维设计软件对本课题的大口径楔式闸阀进行了三维建模,特别是针对阀体的厚度、加强筋布置及闸板的厚度进行了参数化设计。对有限元理论和分析过程进行了详细阐述,建立了大口径楔式闸阀有限元模型,同时利用大型有限元分析软件ANSYS Workbench对其进行了有限元分析。最后,针对阀体和闸板进行了有限元分析。以满足结构强度为出发点,以减轻阀门装备重量为优化目标,对优化目标进行了约束分析,得出了最大等效应力与设计变量的关系曲线图,有效地减小了阀门的重量,合理优化了阀体的厚度、加强筋的布置和闸板厚度等设计参数。经过优化后,阀体最大等效应力降低了4.39%,闸板最大等效应力降低了16.0%,使阀体与闸板的总体设计更加合理,同时有效降低了研发和生产成本,对大口径阀门设计具有指导性意义。