关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 热风阀阀板的长寿化探讨.pdf

热风阀阀板的长寿化探讨.pdf

热风阀阀板的长寿化探讨.pdf

winice 2010-01-09 评分 0 浏览量 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《热风阀阀板的长寿化探讨pdf》,可适用于工程科技领域,主题内容包含文章编号:()作者简介:马学东(),男,内蒙古自治区赤峰市人,副教授,主要从事机械热承载能力和节能等方面研究。热风阀阀板的长寿化探讨马学东,宋兆峰,符等。

文章编号:()作者简介:马学东(),男,内蒙古自治区赤峰市人,副教授,主要从事机械热承载能力和节能等方面研究。热风阀阀板的长寿化探讨马学东,宋兆峰,李玲玲(辽宁科技大学,辽宁鞍山秦皇岛冶金机械有限公司,河北秦皇岛)  摘要 针对国内热风阀阀板外水环经常出现裂纹的实际情况,运用有限元方法对热风阀阀板的温度场和热应力场进行了分析,其结论为热疲劳是引起裂纹的重要原因之一,并提出了防止热疲劳的措施。  关键词 热风阀阀板长寿化  中图分类号:TH    文献标识码:BLongevitydiscussionofvalveplankofhotblastvalveMAXuedong,SONGZhaofeng,LILingling(UniversityofScienceandtechnologyAnshan,anshan,chinaQinhuangdaoMetallurgicalMachineryCo,LTD,Qinhuangdao,China)Abstract:Aimedatpracticalcircumstancethatcrackoftenappearsonouterwaterloopofvalveplankforexistinghotblastvalveinourcountry,makinguseoffiniteelementmethod,temperaturefieldandthermalstressfieldofvalveplankforhotblastvalveisanalyzedAnditdrawsaconclusionthatheatfatigueisoneofimportantreasonswhichgivesrisetocrackandbringsforwardsomemeasureswhichpreventsheatfatigueAndallthatprovidestheoreticalreferenceforlongevityofhotblastvalveKeywords:hotblastvalvevalveplanklongevity 概述热风阀阀板使用温度为~,必须通过冷却才能正常工作。在热风阀的各个构件中,常因阀板外水环出现裂纹而引起整个设备出现故障,制约了热风阀的产品质量提高和设备使用寿命的延长。本文采用大型有限元软件包ANSYS对国内某钢厂的热风阀阀板温度场和热应力场进行数值模拟,并根据模拟结果对阀板的使用维护提出了建议。 建立阀板有限元模型 几何模型阀板几何模型以某钢铁公司正在使用的m热风阀为原型,进行必要的简化。为了控制计算规模和提高计算速度,认为阀板中的水道是均匀分布,内水圈螺旋水道做同心圆处理,并忽略进水管和出水管结构周围的微小筋板结构(图)。内水环 钢质骨架 耐火水泥衬 外水环图 阀板几何模型 有限元模型简化的阀板几何模型具有轴对称特征,同时阀板两面的载荷也具有近似对称性,所以设置单元的选项为轴对称,同时选用热分析单元PLANE用于耐火材料衬和阀板钢质内外水圈的划分。考虑到风道和滑道的热辐射作用,采用带有孤立节点(N,N,N)的表面单元来考虑辐射(图)。程序中输入耐火材料辐射率为,钢材的辐射率为,及StefenBoltzmann常数为W(mK)。                    阀   门               年第期 材料热物理参数钢材及耐火材料的物性参数,如比热容,导热系数等随温度变化,是温度的非线性函数,具体数据来源于相关资料。 确定热边界条件根据实际工况,把有限元分析分解成开启和关闭两个工况,为了真实描述实际情况,采用瞬态分析所用的时间为热风阀开闭的真实时间(开启min,关闭min)。阀板在开启和关闭两个状态的热对流和热辐射的边界条件是不同的。图 阀板有限元模型 关闭状态()热辐射边界条件的确定阀板关闭状态下,耐火水泥表面与风道的换热主要以辐射形式进行,横向风道的表面温度值取关闭状态下的平均温度()加在孤立节点N和N上(图)。因为这时外水环和阀体滑道的温度接近水温,在N(图)的温度为。()热风对流换热边界条件的确定阀板关闭状态下,耐火水泥表面与风道热风的对流换热以自然对流换热方式进行,自然对流换热系数很小,可忽略这部分换热。阀板耐火水泥表面同阀体滑道热风的对流换热属于有限空间的自然对流换热,换热系数的数值很小,可忽略这部分换热。()水道表面对流换热内外水环水道表面的换热是矩形流道的受迫紊流流动换热,流道的定型尺寸为  de=fU()式中 de当量直径,mf流道断面面积,mU流体湿润的流道周边,m内外水环的努塞尔数Nuf依据迪图斯贝尔特公式计算Nuf=RefPrf()式中 Nuf水的努塞尔数Ref水的雷诺数Prf水的普朗特数强制对流换热系数α  α=Nuλd()式中 α对流换热系数,W(m)λ水导热系数,W(m)d特征尺寸,m流体通道呈螺旋型,流体将在流场中形成二次环流,应对α加入管道弯曲的修正系数。εR=(deR)()式中 R螺旋管的曲率半径,mεR管道弯曲的修正系数 开启状态()热辐射阀板开启状态下,阀板提升,缩到阀体的滑道内,耐火水泥表面同阀体的换热主要以辐射形式进行热交换。阀体同阀板正对面的阀体钢板温度值接近水温,取温度值为,加在孤立节点N和N上。阀板外水环下部的单元受到风道壁面的热辐射作用,可近似看成小物体大空间换热,把风道壁面温度加在孤立节点N上。()对流换热阀板耐火水泥表面同阀体滑道热风的对流换热属于有限空间的自然对流换热,换热系数的数值很小,可忽略这部分换热,水道的强制对流换热依据式()~()计算。阀板开启状态下,其外水圈下部表面被热风扫掠,属于热空气强制对流换热。依据外掠平板紊流平均换热准则关联式,可近似计算其努塞尔数。Nuf=(Ref)Prf()式中 Nuf热风的努塞尔数Ref热风的雷诺数Prf热风的普朗特数。依据式()计算出热风的强制对流换热系数,加在带有孤立节点(N)的表面单元上。 确定热应力场有限元模型热应力场的有限元模型是建立在温度场模型的基础上,所用模型同温度场模型一致,进入结构分析,加入热膨胀系数,弹性模量,泊松比等材料参数,加入特定时间点的阀板温度场作为温度载荷,年第期                 阀   门                    进行热应力的准静态分析。 计算和讨论 温度场取特征点位置(图),经结果的后处理得到特征点温度随时间变化的曲线(图和图)。由图可知,在开闭的一个周期内,耐火水泥热面N点的温度变化达到了,耐火材料蚀损的原因是表面温度的急剧变化。图 耐火水泥热表面温度时间历程图 钢质骨架温度时间历程  由图可知,钢制骨架的温度和外水环外表面的温度远高于阀板中部N和N点的温度,且温度随时间变化。在s(或s)时,外水环外表面的温度达到最高,此时外水环外表面的热应力最大。 热应力加入s时温度场作为热载荷,经计算得到整个阀板钢材部分热应力的分布如图所示,外水环所受的热应力最大,外水环受热风扫掠和受风道辐射的外表面边缘部分出现了最大应力幅值为MPa,此应力值小于材料的屈服极限,说明裂纹是由热疲劳引起的。现场实际使用证明,经过使用一段时间后,在其边缘处出现裂纹。与实际模拟和实际的失效形式的失效区域相吻合。验证了模拟的合理性。图 阀板热应力MPa 改进为了防止出现热疲劳,应采取有效的预防措施。降低阀板的温度载荷,在开启时,通过变频技术,增加水速,增强水的强制换热能力。提高阀板的行程,使外水环表面受热风扫掠和受风道表面热辐射降低。采用高强度的耐热合金钢,提高材料的热强度极限。防止外水环的刚度突变,采取外水环的等壁厚设计,减小热变形,抑制热应力。增加外水环的防护层,在外层粘贴耐火材料,以降低钢材部分的温度载荷。为了防止热疲劳,应有足够的过渡圆角,提高材料表面的光洁度,如采用喷丸处理等。在满足水压的前提下,减小外水环的壁厚,减小外水环的热阻,以快速带走钢材中的热量来降低温度载荷。 结语应用有限元理论,根据运行设备和实际工况,考虑材料参数随温度变化的非线性及热辐射传热的非线性,对热风阀阀板的瞬态温度场和准静态热应力场进行了模拟。实际模拟和实际的失效形式和失效区域相吻合,说明了模拟的有效性。参考文献〔〕 宋明,赵丽长寿命热风阀〔M〕中国钢铁年会论文集〔C〕,〔〕 任泽霈,梅飞鸣传热学〔M〕北京:中国建筑工业出版社,〔〕 钱滨江简明传热手册〔M〕北京:高等教育出版社,,~〔〕 陈家祥连续铸钢手册〔M〕北京:冶金工业出版社,,(收稿日期:)                    阀   门               年第期

用户评论(0)

0/200

精彩专题

上传我的资料

每篇奖励 +1积分

资料评分:

/3
2下载券 下载 加入VIP, 送下载券

意见
反馈

立即扫码关注

爱问共享资料微信公众号

返回
顶部

举报
资料