:1002-5855(2014)05-0029-05浮动球球阀疲劳寿命分析董冬，郭效东，朱成亮，翟文化，李恒(西安航天动力试验技术研究所，陕西西安710100)摘要介绍了流体供应系统用浮动球球阀结构和性能，以及故障阀门失效产生的原因和机理。基于ANSYSWorkbench平台建立模型，依据阀门的工作特性，对球体和左阀体分别在不同载荷下的阀门疲劳寿命情况进行仿真和分析，获得阀门球体和左阀体变形量、应力集中和疲劳损伤大小及位置，并与阀门实际使用情况进行对比验证。提出了改进措施和延长阀门寿命的方法。关键词球阀;流体;静力结构;疲劳寿命分析;GAE:TH134文献标志码:AFatigueandLifeAnalysisforFloatingBallValveDONGDong，GUOXiao-dong，ZHUCheng-liang，ZHAIWen-hua，LIHeng(Xi'anAerospacePropulsiontesttechnologyInstitute，xi'an710100Abstract:Floatingballvalvewiththestructureandperformancearebrieflyintroducedandthefluidsup-plysystem，faultreasonandmechanismofvalvefailureoccurring．ANSYSWorkbenchplatformtobuildmodelsbasedonjobcharacteristics，onthebasisofthevalve，onthesphereandtheleftvalvebodyvalvefatiguelifeindifferentloadsweresimulatedandanalyzed，obtainthevalveballandtheleftvalvebodydeformation，stressconcentrationandfatiguedamagesizeandlocation，andwiththeactualusageofthecomparisonandverificationofthevalve．Putforwardthemethodtoimprovethemeasuresandex-tendvalvelife．Keywords:ballvalve;fluid;staticstructural;fatigueandlifeanalysis;C1概述当流体介质为低沸点液体时，液体易气化形成饱和蒸汽压。如果阀体内腔留存了低沸点液体，在环境温度大于沸点时，阀体内腔会因受到大于阀体材料屈服应力而膨胀过度，乃至失效。如用于某流体供应系统的球阀在管道两端无介质情况下发生了大量介质泄漏。检查发现阀门密封圈因崩裂已失效，阀门球体部分破裂且整体变形严重，左右阀体连接螺栓的螺纹咬合卡塞无法调整，阀体连接处的密封调整垫片完全撕裂，阀座密封件撕裂，阀杆有明显变形，阀门内部介质残留较多。根据统计流体系统曾多次发生过同类型球阀球体卡住和阀杆断裂现象，严重影响了系统可靠性。因此，研究阀门故障产生机理对延长阀门的使用寿命和流体系统可靠性具有重要意义。基于计算机辅助工程(CAE)技术，对阀门进行静态分析与疲劳寿命分析。2结构及性能球阀由阀体、阀座、阀杆和驱动装置等组成，球体为浮动结构。利用球体绕阀杆的轴线旋转90°实现阀门的开启和关闭［1］(图1)。球阀的截止作用是由金属球体在介质的作用下，与弹性阀座之间相互压紧来完成。阀座密封圈在一定的接触压力作用下，局部发生弹塑变形。这一变形可以补偿球体的制造精度和表面粗糙度，保证球阀的密封性能。球阀公称通径为400mm，操纵气压力为5MPa，工作压力为1.6MPa，阀体材料为铸钢，球体材料为1Cr18Ni9T，密封材料为PTFE或PPL，材料许用应力500MPa，弹性模量E=172～206GPa，泊松比μ=0.25～0.3，使用寿命≤5000次。失效机理阀门安装在管路通径为Φ400mm、流体介质为3作者简介:董冬(1981－)，男，工程师，从事流体输送系统设计。—30—阀门2014年第5期N2O4，环境温度约20℃(夏季)的流体供应系统中。使用过程中，阀门内腔为1MPa压力的满流状态，阀门操纵气压力为5MPa。阀门在关闭过程中，阀体内及其与球体之间的腔道中会积存大量N2O4。在未进行阀门高点排气和低点放液的情况下，N2O4不能及时排出，阀门内部封闭空间充满N2O4、NO2的体内、外壁面与右密封圈构成受力空间(图中A和B代表阀门左阀体两密封圈之间的空间受力情况，C和D代表球体两密封圈之间的内、外表面的空间受力情况)。球体受阀体内密封材料约束，除密封材料外其他部分不与阀体接触，球体与密封材料接触位置的变形量与球体非接触部位的变形量相比可忽略不计，所以可以将与密封材料接触的球体部位视为刚体。受力空间成为NO2可膨胀的空间。饱和蒸汽气体和液体混合物［2］。当NO、NO之242间的可逆反应达到化学平衡时，其阀门内部压力超过了阀门设计压力，阀门球体和阀体产生不同程度的变形，阀门密封件发生撕裂...