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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明一种虑及安全阀结构低温变形的阀芯偏转角度求解方法属于低温机械密封领域，涉及一种虑及安全阀结构低温变形的阀芯偏转角度求解方法。该方法先基于热‑位移耦合高精仿真方法，进行深低温安全阀热‑位移耦合高精仿真分析。再分析探究阀芯、接管嘴以及导向副配合间隙在服役工况下的变形规律，在设计公差范围内不同导向间隙安全阀在低温下仿真分析，建立导向副配合间隙约束下的阀芯极限倾斜角度预测模型。该方法研究了深低温安全阀导向副配合间隙变化诱发阀芯倾斜的规律，实现了对导向副配合间隙约束下的阀芯极限倾斜角度的预测。为抑制深低温服役安全阀的密封泄漏提供理论基础，对实现安全阀高性能服役具有重要意义。

主权项：1.一种低温下虑及安全阀结构变形的阀芯偏转角度求解方法，其特征在于，该方法先建立深低温安全阀热-位移耦合仿真模型，对阀芯、接管嘴以及导向副配合间隙在服役工况下的变形规律进行分析；再基于仿真结果，设计公差范围内五组不同导向间隙安全阀的低温仿真，得到常温设计导向间隙在低温下的变形规律；最后，基于几何方法构建导向副配合间隙约束下的阀芯极限倾斜角度预测模型，进一步分析低温下导向副配合间隙增大诱导阀芯倾斜程度增加引发密封失效问题；方法的具体步骤如下：步骤一、深低温安全阀热-位移耦合仿真a模型建立：深低温安全阀由壳体1、弹簧2、阀芯3、垫圈4、密封垫5、接管嘴6组成，其中，密封垫5安装在阀芯3的R型密封座中；采用Solidworks软件进行深低温安全阀三维建模，因其结构具有对称性采取14模型进行仿真分析，忽略深低温安全阀螺纹、倒角、微小铅封孔等结构，适当简化安全阀模型；设置部件材料属性，密封垫5为聚四氟乙烯PTFE塑料，壳体1为铜合金，阀芯3及垫圈4为铝合金，接管嘴6材料为不锈钢；根据部件间位置关系，对安全阀部件进行装配；b网格划分：为兼顾数值求解精度与时间运用四面体六面体混合网格对安全阀划分网格，密封及导向区域进行局部加密，六面体单元类型C3D8T，四面体单元类型C3D4T；c接触设置：设置部件之间的接触属性，密封区域密封垫与阀芯、壳体与接管嘴的螺纹连接进行绑定设置，密封垫与R型密封座之间设置为面-面接触，并且采用hardcontact接触模式，阀芯与接管嘴之间的导向副采用同样接触属性；d边界条件：设置模型的边界条件及载荷，接管嘴及壳体两端螺纹连接接头处施加固定约束，对称面采用绝热边界条件，在接管嘴入口内壁及阀芯与冷媒介质接触部位施加温度载荷-196℃，设置壳体、接管嘴外表面部分与空气的对流换热系数10Wm2·K，设置安全阀初始温度及环境温度20℃；根据实测弹簧刚度设定弹簧刚度系数，并依据弹簧压缩量等效为接触压力26.6N施加于阀芯与壳体之间；采用三个分析步仿真分析安全阀各部件低温服役工况下的结构变形：第一个分析步采用静力学通用分析模块，并施加阀芯一个位移载荷，使得密封垫与接管嘴R型密封面形成稳定接触；第二个分析步采用Standard模块分析，并且创建安全阀弹簧压缩等效载荷；第三个分析步采用热-位移耦合分析模块，给出温度载荷，计算基于安全阀装配应力下的深低温环境对阀芯结构变形量的影响；步骤二、导向间隙变化与阀芯极限倾角模型构建采用ABAQUSStandard仿真模块分析公差带内不同导向间隙的安全阀在低温工况下导向间隙变化情况；依据常温设计的安全阀阀芯及接管嘴配合尺寸公差，求解获得常温工况下安全阀导向间隙合理区间，采用相同热-位移耦合分析方法解析低温工况下导向间隙变化状况；基于ABAQUS后处理功能模块，提取导向结构仿真结果节点位移，求解五组不同导向间隙的安全阀在低温工况下形变后的导向间隙值；考虑到深低温阀门常温制造合格的不同零件尺寸差异，以最大导向间隙的安全阀阀芯倾斜角度为例，分析阀芯偏斜回座时与导向结构几何关系；以接管嘴密封座R形面端部相切面上中心点为坐标原点O建立XOY坐标系，以阀芯连接的密封垫底部中心为坐标原点O'构建X'O'Y'坐标系，l表示安全阀接管嘴零件孔径轴线，l'为阀芯与密封垫的轴线；根据安全阀各结构之间的几何关系，深低温安全阀阀芯轴线的倾斜角度与导向结构的各参数间关联关系： 式中，a表示接管嘴孔的直径尺寸，c为阀芯最大倾斜程度下阀芯端点与接管嘴内孔距离，e表示阀芯与接管嘴形成导向配合的长度；依据不同导向副配合间隙在低温下变形情况，虑及低温变形后导向间隙值存在波动，以同一导向间隙的最小值求解不同低温服役工况下的阀芯极限倾斜角度，根据建立的导向间隙与阀芯倾斜角度关系模型，获取不同导向间隙的安全阀在常低温工况下阀芯的极限偏转角度。

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