1、概述

    COSMOSWORKS是*整合在SOLIDWORKS中的設(shè)計分析系統(tǒng)，它提供壓力、頻率、約束、熱量（）和優(yōu)化分析等，為設(shè)計人員在SOLIDWORKS的環(huán)境下，提供了比較完整的分析手段。本文以固定球閥的閥座為重點研究對象，因為在閥座的工程設(shè)計過程中，閥座密封面上總作用力及密封比壓的計算在實際設(shè)計中使用的是經(jīng)驗或修正公式，利用現(xiàn)有手段，這兩種參數(shù)不易準(zhǔn)確測出。通過應(yīng)用COSMOSWORKS有限元分析軟件計算模擬工況下固定球閥的密封比壓，并與理論的計算公式進(jìn)行對比，為閥門的設(shè)計提供了相對準(zhǔn)確的參考。

    2、實體建模

    以DN239mm，PN25MPa的固定球閥設(shè)計為例。在SOLIDWORKS中首先對固定球閥的各個零部件進(jìn)行實體建模，并對各零部件進(jìn)行組裝（圖1）。對裝配體進(jìn)行干涉檢查，得到各零件之間無干涉的裝配體。

    3、有限元分析

    3.1、密封機(jī)理

    固定球閥采用進(jìn)口密封（圖2），此時球閥壓差（P-P1）>0（P、P1為閥前和中腔的流體壓力）。當(dāng)壓差大到一定程度，即在密封副表面造成一定的壓緊比壓時，此比壓將引起閥座彈塑性變形，填塞密封面上的微觀不平度以阻止流體從密封副間通過。當(dāng)壓差較小或閥座采用金屬材料制作時，依靠壓差不能達(dá)到*密封，此時必須另加一個密封外力，以加大壓緊比壓。根據(jù)工作壓力計算密封所需的必需比壓qb的經(jīng)驗公式為qb=1.2PN=30MPa。為保證球閥密封可靠，在球體和閥座的接觸表面上應(yīng)有足夠的比壓，但不得超過密封副材料的許用比壓[q]。理論密封比壓q1為

    3.2、有限元計算

    固定球閥由于密封比壓的計算過程僅與球體、閥座和閥座支承圈等零部件有關(guān)，所以對其有限元分析模型做了簡化（圖3），這樣不僅節(jié)約了計算機(jī)資源，而且提高了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過模擬現(xiàn)實工況，需計算得出閥座支撐圈與左右體相接觸的面上的壓力值Qs。

    固定球閥根據(jù)現(xiàn)實工況，在COSMOSWORKS中建立一個靜力學(xué)分析算例，并確定約束載荷條件（①固定球體與上閥桿和底蓋相接觸面。②限定閥座和閥座支撐圈只能在軸向上運動。③將Qs施加在閥座支撐圈與左右閥體相接觸的面上，進(jìn)行網(wǎng)格化。④確定球體和閥座支撐圈的材料為35號鋼，閥座的材料為奧氏體不銹鋼，密封面間無滑動（奧氏體不銹鋼的許用比壓[q]值為150MPa），點擊運行，計算結(jié)果如圖3c所示。

    3.3、提取結(jié)果

    固定球閥在閥座密封面上等距獲取25個點（圖4），然后沿X方向依次探測這25個點的壓力值，再將探測數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel中進(jìn)行分析（圖5），得到密封比壓在閥座密封面上呈拋物線分布，其zui大值處于閥座的內(nèi)徑處，為62.1MPa，zui小值處于閥座中部，其值為40.16MPa。結(jié)合閥門密封設(shè)計參數(shù)必須比壓qb（30MPa）和閥座材料的許用比壓[q]（150MPa）。密封比壓的值處于qb和[q]之間，滿足了設(shè)計準(zhǔn)則。