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1、—34—阀门2007年第4期文章编号:100225855(2007)0420034203热风阀阀板的长寿化探讨121马学东,宋兆峰,李玲玲(11辽宁科技大学,辽宁鞍山114044;21秦皇岛冶金机械有限公司,河北秦皇岛066004)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:TH134文献标识码:BLongevitydiscussionofvalveplankofhotblastvalve121MAXue2dong,S
2、ONGZhao2feng,LILing2ling(1.UniversityofScienceandtechnologyAnshan,anshan114044,china;2.QinhuangdaoMetallurgicalMachineryCo.,LTD,Qinhuangdao066004,China)Abstract:Aimedatpracticalcircumstancethatcrackoftenappearsonouterwaterloopofvalveplankforexistinghotblastvalveinourcountry,makinguseoffiniteele
3、mentmethod,temperaturefieldandthermalstressfieldofvalveplankforhotblastvalveisanalyzed.Anditdrawsaconclusionthatheatfatigueisoneofimportantreasonswhichgivesrisetocrackandbringsforwardsomemeasureswhichpreventsheatfatigue.Andallthatprovidestheoreticalreferenceforlongevityofhotblastvalve.Keywords:
4、hotblastvalve;valveplank;longevity1概述热风阀阀板使用温度为1000～1350℃,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11内水环21钢质骨架31耐火水泥衬41外水环的延长。本文采用大型有限元软件包ANSYS对国图1阀板几何模型内某钢厂的热风阀阀板温度场和热应力场进行数值212有限元模型模拟,并根据模拟结果对阀板的使用维护提出了建简化的阀板几何模型具有轴对称特征,同时阀议。板两面的载荷也具有近似对称性,所以设置单元的2建立阀板有限元模型选项为轴对称,同时选
5、用热分析单元PLANE55用211几何模型于耐火材料衬和阀板钢质内外水圈的划分。考虑到阀板几何模型以某钢铁公司正在使用的118m风道和滑道的热辐射作用,采用带有孤立节点热风阀为原型,进行必要的简化。为了控制计算规(N1,N2,N3)的表面单元来考虑辐射(图2)。模和提高计算速度,认为阀板中的水道是均匀分程序中输入耐火材料辐射率为0195,钢材的辐射布,内水圈螺旋水道做同心圆处理,并忽略进水管率为018,及Stefen—Boltzmann常数为5167×和出水管结构周围的微小筋板结构(图1)。-82410W/(m1K)。作者简介:马学东(1965-),男,内蒙古自治区赤峰市人,副教授,
6、主要从事机械热承载能力和节能等方面研究。2007年第4期阀门—35—213材料热物理参数式中Nuf———水的努塞尔数钢材及耐火材料的物性参数,如比热容,导热Ref———水的雷诺数系数等随温度变化,是温度的非线性函数,具体数Prf———水的普朗特数据来源于相关资料。强制对流换热系数α3确定热边界条件λα=Nu(3)根据实际工况,把有限元分析分解成开启和关d2闭两个工况,为了真实描述实际情况,采用瞬态分式中α———对流换热系数,W/(m·℃)析所用的时间为热风阀开闭的真实时间(开启λ———水导热系数,W/(m·℃)45min,关闭90min)。d———特征尺寸,m阀板在开启和关闭两个状态
7、的热对流和热辐射流体通道呈螺旋型,流体将在流场中形成二次的边界条件是不同的。环流,应对α加入管道弯曲的修正系数。de3εR=1+10.3()(4)R式中R———螺旋管的曲率半径,mεR———管道弯曲的修正系数312开启状态(1)热辐射阀板开启状态下,阀板提升,缩到阀体的滑道图2阀板有限元模型内,耐火水泥表面同阀体的换热主要以辐射形式进311关闭状态行热交换。阀体同阀板正对面的阀体钢板温度值接(1)热辐射边界条件的确定近水温,取温度值为30℃,加在孤立节点N
