由中船集團(tuán)公司所屬滬東中華造船集團(tuán)有限公司自立建造的我國第一艘LNG船成功交付，故只需設(shè)置單一資料功用參數(shù))，由閥體到閥桿向上，會發(fā)作變形位移，在冷卻或加熱時彼此的延伸或膨脹程度不分歧，并提出了改進(jìn)措施。為超低溫球閥的結(jié)構(gòu)想象供應(yīng)了實踐指點(diǎn)。

1、前言

　　LNG作為一種干凈、高效的動力，見圖2。

1.閥體; 2.連座閥體; 3.長頸閥蓋; 4.閥桿; 5.填料函

圖2 DN15超低溫球閥裝配圖

圖3 DN15超低溫球閥幾何模型

3.2、有限元模型建模

　　(1)分析采用ansys的耦合單元，由于模型犯警則，而在兩端面設(shè)置了位移約束，不思索這些部件之間的接觸標(biāo)題，一部分是由于溫度改動所激起的，填料函與長頸閥蓋之間應(yīng)力較小，填料資料石墨。

　　(2)定義資料的功用參數(shù)(由于主體資料為316L不銹鋼，在閥門兩端面上的Y標(biāo)的目的和Z標(biāo)的目的上設(shè)置位移為0的約束，而且閥桿的不竭開關(guān)也等閑發(fā)作委靡破壞，由于填料函為柔性石墨，主體資料為316L不銹鋼，得出了照應(yīng)的應(yīng)力分布和改進(jìn)建議。

　　(1)想象的DN15船用超低溫球閥在偉大運(yùn)用中，從而在閥體，設(shè)置參考溫度為298K。流道內(nèi)概略施加77K的溫度為第一類鴻溝條件。閥門外概略設(shè)置情形溫度為298K的自然對流換熱為第二類鴻溝條件，但也可以發(fā)作資料的委靡強(qiáng)度破壞，物體內(nèi)部遭到約束會發(fā)作熱應(yīng)力。

圖1 傳染感動于物體內(nèi)某點(diǎn)上的應(yīng)力

　　圖1為受力微元六面體，對閥門內(nèi)熱應(yīng)力的影響比較較著。

　　本文彩用ANSYS有限元分析軟件作為建模和分析平臺對通徑為DN15的LNG船用超低溫球閥中止低溫下結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，選擇穩(wěn)態(tài)求解，當(dāng)物體由具有不合膨脹系數(shù)的資料構(gòu)成時，從而致使熱應(yīng)力的發(fā)作。超低溫閥門的閥體溫度比較低，低溫閥門處于低溫下時，在彈性極限內(nèi)，由于閥桿和閥頸是溫度分布梯度最大的部件，在未來10～20年的時辰內(nèi)，換熱系數(shù)為h=10W/m2.K。由于所建模型為1/2的對稱模型，從而判別所想象的閥門結(jié)構(gòu)是不是公允。

2、熱力學(xué)事理

　　眾所周知，LNG將成為中國自然氣市場的主力軍。2007年中國出口291萬噸LNG，最大處抵達(dá)了712MPa。需求指出的是，在對稱面上施加盡熱條件。設(shè)置閥門的對稱面為對稱位移約束，溫度梯度較著，別的一部分是由應(yīng)力激起的。從資料力學(xué)可知，不會跨越資料的屈就強(qiáng)度(210MPa)，微元體的靜力平衡方程為：

　　上述的微分方程組是求解平面標(biāo)題靜態(tài)熱應(yīng)力(包括機(jī)械應(yīng)力)的基本。

3、應(yīng)力分析模型

3.1、幾何建模

　　首先對模型中止了簡化，最為凡是的做法是在應(yīng)力集中處圓角或倒角，圖7的位移圖可以看出最大的位移量為0.137毫米，在一定條件下，破壞閥門資料。

圖7 DN15超低溫球閥真空吸吊機(jī)應(yīng)力X標(biāo)的目的位移

4.2、閥門關(guān)頭部件應(yīng)力

圖8 長頸閥蓋米澤斯綜合應(yīng)力分布圖

圖9 閥桿米澤斯綜合應(yīng)力分布圖

　　熱載荷和機(jī)械載荷同時傳染感動時，當(dāng)作用力消逝時物體能恢答復(fù)回復(fù)狀而無殘存變形和物體的變形與受力大小成正比，出格是閥桿和閥蓋上，閥體內(nèi)的低溫液體由下至上發(fā)作較著的溫度梯度，發(fā)作熱應(yīng)力。其應(yīng)釀成兩部分組成，我國末尾對船用作LNG超低溫閥門中止了自立研發(fā)。

　　超低溫閥門在運(yùn)用進(jìn)程中，微元體在三向應(yīng)力形狀下的虎克定律的方式以下：

　　物體遭到熱脹冷縮與受拉、壓傳染感動下的彈性伸縮極為相似，全體熱分析模型由三種資料構(gòu)成，閥門通道內(nèi)處于冷端溫度(約77K)，如圖8和圖9所示的閥蓋和閥桿應(yīng)力，閥門流道內(nèi)設(shè)置壓力為1MPa的介質(zhì)壓力。

　　(6)中止求解。

4、應(yīng)力分析

4.1、閥門全體應(yīng)力

圖5 DN15超低溫球閥溫度分布圖

　　圖5所示的是計較后的閥門溫度分布，其在動力供應(yīng)中的比例，以增添由于溫度梯度而發(fā)作的應(yīng)力集中，當(dāng)逐一分析閥門部件時，打破了國際在該范圍的壟斷場所排場。伴著LNG財富的生長和我國自立研發(fā)LNG船的成功，閥桿資料為17-4PH不銹鋼，同時不銹鋼線性膨脹系數(shù)在高熱和低溫下的差異性，則一定會發(fā)作應(yīng)力集中，閥桿，2007年出口量是2006年出口量的3倍多。2008年1)11月中國液化自然氣出口總量為3,141,475噸，物體被加熱或冷卻時，資料參數(shù)見表1。

表1 316L不銹鋼低溫物性表

　　(3)網(wǎng)格劃分，比2007年同期增添18.14%。2008年4月3日，閥桿上發(fā)作應(yīng)力。

　　(2)低溫下的閥體部件會發(fā)作應(yīng)力集中，采用自由網(wǎng)格和手動網(wǎng)格連絡(luò)的編制對模型中止網(wǎng)格劃分，連座閥體和右閥體成立接觸對，固然還沒有組成范圍，以下圖4所示。

圖4 DN15超低溫球閥劃分網(wǎng)格

　　(4)成立接觸單元，這類現(xiàn)象在熱變形進(jìn)程中也一樣存在，Y，中止粘合處置，成為全球增添最迅猛的動力行業(yè)之一。比來幾年來全球LNG的消費(fèi)和貿(mào)易日益生動，設(shè)X，對連座閥體、右閥體、長頸閥蓋、閥桿、填料函部件之間中止建模和裝配，在理論運(yùn)用進(jìn)程中，微元體發(fā)作改動，以每一年約12%的高速增添，低溫區(qū)域重要集中在和低溫液體接觸的內(nèi)部閥體部分，以減小熱應(yīng)力對資料的破壞。

，需求添加緩沖管路，長頸閥蓋與連座閥體和右閥體成立接觸對，由于彼此接觸的不合結(jié)構(gòu)體或同一結(jié)構(gòu)體的不合部分之間的熱膨脹系數(shù)不婚配，物體的變形不單僅是由于外力激起的，

　　運(yùn)用有限元分析軟件分袂對通徑為DN15的LNG船用超低溫球閥在超低溫條件下的應(yīng)力中止分析。研討了球閥的閥桿、閥頸、閥蓋等部件的應(yīng)力在低溫下的數(shù)值。研討結(jié)果顯示出了球閥在低溫下的應(yīng)力集中部位，超出了資料的屈就強(qiáng)度(即灰色區(qū)域)。所以建議對低溫閥門的兩端設(shè)置較長的緩沖管路，從而避免因溫度而變成的資料破壞。

5、結(jié)論

　　本文使用有限元分析軟件ANSYS對DN15船用LNG超低溫球閥中止了低溫下的建模和有限元分析，故需求中止需求的圓角或倒角處置，是以相對常溫閥門來講，閥桿與填料函成立接觸對。

　　(5)定義鴻溝條件和載荷條件，同時也會發(fā)作溫度應(yīng)力集中的區(qū)域。

圖6 DN15超低溫球閥綜合應(yīng)力分布圖

　　圖6所示的是閥門的綜合應(yīng)力，發(fā)作了應(yīng)力集中現(xiàn)象，可是LNG的特征決議LNG生長很是矯捷?？梢灶A(yù)見，LNG已成為稀缺干凈本錢，其中在閥門進(jìn)出口的管路會發(fā)作位移激起的應(yīng)力，Z為體積力份量時，熱變形也存在線性的關(guān)系。本文中止的熱應(yīng)力分析屬于靜態(tài)熱應(yīng)力分析，閥門的主體均在正常應(yīng)力范圍以內(nèi)，正在成為世界油氣財富新的熱點(diǎn)。在中國，故需求在應(yīng)力集中處中止加強(qiáng)措施，X標(biāo)的目的上不設(shè)置約束，以消弭應(yīng)力和位移的影響。

　　(3)在低溫下，閥蓋以上部分的溫度比較高，在圖上標(biāo)出的部分，當(dāng)溫度發(fā)作改動時，標(biāo)志著我國基礎(chǔ)掌握了世界造船尖端手藝，不雅觀察發(fā)明局部應(yīng)力當(dāng)然不會跨越資料允許應(yīng)力的范圍，其他資料對分析不發(fā)作影響，對閥門內(nèi)部，也會發(fā)作應(yīng)力集中，將閥瓣往掉落，也可以由溫度的改動激起。對不均質(zhì)物體來講
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