热风阀阀板管座外侧筋板存在的必要性分析.pdf

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1、圆圈团暖豳存在的必要性分析秦皇岛秦冶重工有限公司(河北066318)回义龙【摘要】利用有限元分析软件分析了热风阀阀板管座外侧筋板存在的必要性，并计算了管座处的焊缝强度。【关键词】热风阀阀板管座筋板有限元分析焊缝强度坡口深度一．前言热风阀(见图1)是高炉热风系统的重要设备之一。热风阀安装在热风炉出13的热风支管上，起切换作用。热风炉是高炉炼铁生产的送风系统设备，起着连续不断地供应高炉大量高温空气的作用。高炉从炉下部近40个风13吹入900～1300"(2的热风，利用焦炭燃烧产生的热量和还原气体来熔化还原铁矿石。热凤阀由阀体、阀板、阀盖和传动架4大部件组成，其中阀板是

2、热风阀承受高温风和高压风的关键部硎麓用硼■W'CAV．etyjx．com2013年第9期图1热风阀件。热风阀在1000-1450。C高温和0．25～O．8MPa的压力的条件下工作。在热风炉送风期阀门打开，所有热税胁．猊砌腮为通溉曲他矿以／警金胁冶赢”■■■■■■l空气都要经过热风阀送往高炉；燃烧期阀门关闭，将高炉与热风炉隔开，因此，热风阀是高炉热风炉系统的关键设备之一。热风阀中，阀板是热风冲刷最严重、温度变化最剧烈的地方，特别是阀板的下部长期受热风的高温辐射和冲刷作用，是热风阀中最薄弱的环节。热凤阀的故障约有90％1主1阀板损坏引起的。优化产品结构，降低生产成本，

3、是提升产品竞争力的重要手段。秦皇岛秦冶重工有限公司现有各规格热风阀阀板座管外侧都有加筋板来提高该处的强度，但同规格的质量相似的德国热风阀阀板却没有加筋板，为了减少不必要的结构，减少用料和加工成本，需要对该处筋板存在的必要性进行分析。二、力学模型建立利用SolidWorks的COMOSWorks有限元软件可以分析管座处有无筋板对该处的连接强度的情况，观察去掉筋板后该处的强度是否仍然在安全范围之内。图2、图3是去掉阀板管座外侧筋板前后的三维图。图2加筋板时阀板图3去掉加筋板时阀板以韩国现代DNl800热风阀为例，去掉阀板管座的外侧筋板对于该处的连接强度影响状况作如下分

4、析。首先建立阀板有限元分析的力学模型，如图4所示。阀板钢结构的质量M。=18lOkg；阀板空腔体积V2=1．74m3，耐火材料质量托=694kg。N=pSuN图4阀板受力分析GMinMetallurgical＆MineIndustry则装满冷却水时阀板总质量为：w=1810+1000×1．74+694一--4244kg(1)装满冷却水时，阀板的总重力为：G=4244×9．8m41592N(2)阀板开启时产生的正压力：N=pS=O．05×106×丌×1．062=1．765×105I'q(3)式中p一阀板启闭压差，单位为Pa，卜阀板受压面积，单位为m2。阀板开启时产生

5、的阀板与阀体密封面间摩擦力：r=ⅣN=0．2×1．765×1旷=3．53×104N(4)式中∥——摩擦因数，热态下钢对钢摩擦因数取0．2。在阀板提升过程的工作状态下，管座连接处受到的力主要是阀板总重力G以及阀板与阀体密封面间的摩擦力^由于阀板的厚度直径比较小，所以近似认为G与，作用点重合。即管座受到G与肭合力作用。由此可得在阀板开启状态时，管座连接处受到的拉力丁：r=G+．户76892N(5)三、有限元静力分析建立两种结构的有限元模型，加载约束条件、载荷，划分网格后求解。得到的安全系数云图如图5、图6所示。图5有筋板时座管处安全系数云图图6去掉筋板时座管处安全系数

6、云图：Ⅲ年绷一黑熊57GMinMetallurgical正Minelndusto；由安全系数云图可得到：管座处加筋板时，管座处的最小安全系数大约为s=64；管座处去掉外侧筋板且中间的筋板不与外水圈焊接时，管座处的最小安全系数大约为S=57。由此可得结论：座管外侧的筋板对该处的连接强度影响不大，可以去掉，中间的筋板也可以不与外圈焊接。为了进一步确保该处的连接强度，需要对管座处的焊接形式与强度进行分析，进而对焊缝质量提出技术要求。四、管座处焊缝强度计算为了保证管座与阀板外水圈的连接强度，需要对焊缝的强度进行分析。根据机械设计手册中焊缝强度计算公式，可求得所需的坡I=l

7、深度6。开坡I=l角焊缝焊接形式如图7所示，角焊缝受拉时的静强度计算公式：图7开坡口角焊缝受力分析图8阀板管座焊角坡口口=T／(61)≤盯lT’(6)式中盯盯’——对接焊缝的许用拉应力；6——坡口深度；卜—擤接位置所受拉力；卜—1悍接长度。由于管座与外水圈焊接时(见图8)是单面与外水圈焊接的，所以采用下式计算盯=T12／(0．561)≤妒m盯IT'(7)由此可得坡1：1深度计算式为：6≥T／(f妒morr。)(8)GI嵋置用觚誓www．etyix．corn2013年第9期式中卜一单个管座焊接长度，这里取0．347m；曲——焊缝许用应力折减系数，这里按单面连接的单角

8、钢杆件的焊