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眼鏡閥主要用于冶金化工能源及市政等系統(tǒng)的煤氣管道上，是一種理想的氣體隔斷閥，它作為一種能夠完全切斷的管道設備，是高爐煤氣管道中的關鍵設備之一。眼鏡閥是一種常開閥門，僅在高爐休風時才關閉。工作介質為高爐荒煤氣和混合煤氣，工作溫度50～280℃，煤氣壓力0.01～0.28MPa，密封結構通常采用水冷保護、軟密封O型圈；采用清掃裝置清除密封的粘結的灰塵和塵垢。所實現(xiàn)的功能是在高爐休風期間，對管道中的各種設備進行檢修、更換時起切斷作用。閥的性能直接影響到管路系統(tǒng)及維修操作人員的安全，在設計制造驗收過程中要求相當嚴格，必須密封可靠，無任何泄漏。因此，應該有一個合理的設計結構，保證其性能。隨著計算機技術的發(fā)展，采用有限元技術的三維設計、分析方法已經成熟，并提供了一種簡單可行的設計、計算強度的方法。本文以DN2020全封閉式眼鏡閥的主閥體為例，應用三維有限元分析軟件進行應力分析。
1)設計參數：
工作溫度≤280℃；
設計壓力≤0.2MPa；
閥體材料：普通碳鋼；
材料彈性模量：2.1e+5MPa
抗剪模量：7.9e+4MPa
張力強度：3.9983e+2MPa
屈服強度：2.2059e+2MPa
2)三維模型的構建：
DN2020全封閉式眼鏡閥的主閥體用Solidworks軟件通過拉伸、旋轉、抽殼等命令建立三維零件模型(具體建模過程略)，三維建模如圖1所示。
運用COSMOSWorks軟件進行應力分析;其材料屬性的設置和初始條件的設定依靠分析向導來實現(xiàn)。
1)點選COSMOSWorks菜單，選擇算例－定義名稱－實體網格－靜態(tài)，確認后生成算例。
2)依次設定實體的載荷和約束信息：于兩端圓法蘭。
原封閉式眼鏡閥在介質壓力高的工況下易產生強度、剛度不足等現(xiàn)象，易有煤氣泄漏發(fā)生，過去由于計算方法的限制，只能根據一些簡單公式估算，或根據實際經驗，哪個部位強度不足就補哪，這種方法不能全面的指出閥門整體的薄弱環(huán)節(jié)，而且盲目的加筋使閥門重量增加太多。采用有限元技術的三維設計、分析方法可根據設計參數、工況條件，結合設計人員的設計經驗、計算等方法綜合進行結構設計對比，多次篩選、分析，最終找出一種合理的結構設計。本文將三維軟件的設計、分析引用到眼鏡閥的設計中，改變了原始的“設計－制造－更改設計－再制造”的多次循環(huán)的舊習慣，節(jié)省了材料、縮短了設計、制造周期，實現(xiàn)了由精準設計到制造的緊密結合。此分析過程運用COSMOSWorks軟件功能對材質的各項指標進行了精確的提取，模擬實際工況(溫度、壓力等)條件下的實際受力狀態(tài)，為此類閥門結構的設計、改進提供了參考，其建模、分析過程對不同型號、不同類型的閥門的設計、有限元分析具有借鑒作用。優(yōu)化改進后的DN2020全封閉式眼鏡閥的主閥體，最小安全系數由原來的1.1提升到1.3，且重量比原來輕了600kg，減輕重量比重約占7%。此產品已應用在某鋼廠的煤氣系統(tǒng)中，使用效果良好。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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