在球閥的設計制造中，為盡可能地保證產(chǎn)品質(zhì)量和縮短產(chǎn)品制造周期、延長產(chǎn)品使用壽命，在對球體的受力情況進行理論分析的基礎(chǔ)上，對3種工況下球體的受力情況進行了有限元模擬，并對球體整體應力、最大變形處與最薄弱環(huán)節(jié)做了評價，找出整個球體的應力大小及載荷分布情況，得出此類球閥能夠滿足強度要求的結(jié)論。

　　傳統(tǒng)的球閥在使用過程中，常常因為球體與閥座的配合誤差而導致咬傷、卡塞或劃傷等問題。為了改善這些不足，現(xiàn)今在西氣東輸管道設計項目中使用了大口徑、耐高壓、耐腐蝕的高可靠性球閥。而在這種球閥的設計制造中，為盡可能地保證產(chǎn)品質(zhì)量、延長產(chǎn)品的使用壽命，作者采用有限元數(shù)值模擬的方法，對3種工況下球體的受力情況進行了強度分析，并對整體應力、最大變形處、最薄弱環(huán)節(jié)做了評價，這對預先檢測產(chǎn)品潛在的問題，改善產(chǎn)品的可靠性和安全性，減少產(chǎn)品的制造費用及現(xiàn)場的設計和使用具有指導意義。

1、球體力學分析模型

　　球體結(jié)構(gòu)為對稱的薄壁結(jié)構(gòu)，是整個球閥中體積和質(zhì)量最大、承受最高壓力的部件，其結(jié)構(gòu)與材料質(zhì)量直接影響內(nèi)部應力分布和產(chǎn)品的安全性，當球閥工作時，球體在開啟和關(guān)閉過程中，管道內(nèi)的氣體將會流向中腔內(nèi)部，所以對其進行強度分析十分必要。在此，選取3種工況下球體的受力情況進行分析，圖1為某大型球閥的結(jié)構(gòu)圖。

　　(1)流道內(nèi)有壓力10MPa，中腔無壓力由于球閥尚未開啟，流入管道內(nèi)的氣體直接作用在閥座支撐圈上，壓迫閥座緊壓球體產(chǎn)生預密封作用，管道內(nèi)的氣體將不能通過縫隙進入中腔內(nèi)部。因此在分析時，球體上游端在流道內(nèi)介質(zhì)壓力(10MPa)的作用下，使閥座支承圈和閥座一起壓向球體。

圖1 某型號大口徑球閥裝配圖

　　(2)流道內(nèi)壓力10MPa，中腔內(nèi)壓力13.3MPa在特定的條件下，管道內(nèi)的氣體進入中腔，這時球體將受兩種載荷的作用:第一種是在上游端流道內(nèi)介質(zhì)壓力(10MPa)的作用，使閥座支承圈和閥座一起壓向球體；第二種是在下游端中腔內(nèi)介質(zhì)壓力(13.3MPa)的作用，使閥座支承圈和閥座一起壓向球體。

　　(3)流道內(nèi)無壓力，中腔內(nèi)壓力13.3MPa(試驗工況)當中腔壓力為13.3MPa、兩端流道無壓力時，此時球體的上游端和下游端同時受到中腔內(nèi)介質(zhì)壓力(13.3MPa)的作用，使閥座支承圈和閥座一起壓向球體。

結(jié)論

　　(1)閥體有限元分析結(jié)果表明，無論在10MPa的工作壓力下還是在閥體無袖管時13.3MPa的試驗壓力下，閥體都有足夠的強度保證安全。最大應力值在閥體和袖管連接處，閥體的最大位移保持在0.75mm以下。

　　(2)從對球體在3種不同壓力載荷作用下的分析結(jié)果可以得出:在3種不同工況下，球體所受到的應力值變化不大，都處在100MPa以下；3種情況下球體的位移量都處在一個很小的范圍，對球閥的密封影響不會太大。因此，在上述3種不同實際工況下，球體工作狀態(tài)都比較安全。