CN110345260B - 一种拱桥式阀板结构及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种拱桥式阀板结构及设计方法，包括阀板底板、拱桥板、支撑结构及阀杆套；拱桥板固设在阀板底板的上端面，形成封闭式形状，拱桥板的纵向断面为对称的第一弧形结构，第一弧形结构两侧的切线与水平线的夹角由上到下逐渐增加；支撑结构设置在阀板底板与拱桥板之间，支撑结构一端与拱桥板固接，支撑结构另一端与阀板底板固接，阀杆套固设在阀板底板上端面的中部，阀杆套位于拱桥板的中部。本发明所述的一种拱桥式阀板结构及设计方法，传统平面板形阀板耐压能力差，阀板在高温环境下反复受到正向的巨大压力和反向介质冲击，容易因疲劳或超过耐压限度而产生偏转或结构形变。
Description
技术领域
本发明属于蝶阀技术领域，尤其是涉及一种拱桥式阀板结构及设计方法。
背景技术
蝶阀又叫翻板阀，可用于管道介质的开关控制。蝶阀是指关闭件(阀瓣或蝶板)围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀，在管道上主要起切断和节流作用。其主要的结构形式包括中线蝶阀、偏心蝶阀、双偏心蝶阀、三偏心蝶阀等，其优点是转动力矩小、操作灵活、结构简单、使用方便。蝶阀适用于发生炉、煤气、天然气、液化石油气、城市煤气、冷热空气、化工冶炼和发电环保等工程系统中输送各种腐蚀性、非腐蚀性流体介质的管道上，用于调节和截断介质的流动；现有市场中广泛应用的阀板大多采用平面板形结构，传统平面板形阀板耐压能力差，阀板在高温环境下反复受到正向的巨大压力和反向介质冲击，容易因疲劳或超过耐压限度而产生偏转或结构形变，传统阀板普遍采用实心铸造成型，不能够实现在保证阀板使用强度的同时，并且减少阀板的制造材料及重量。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种拱桥式阀板结构及设计方法，解决了传统平面板形阀板耐压能力差，阀板在高温环境下反复受到正向的巨大压力和反向介质冲击，容易因疲劳或超过耐压限度而产生偏转或结构形变；
并且进一步解决了传统阀板普遍采用实心铸造成型，不能够实现在保证阀板使用强度的同时，并且减少阀板的制造材料及重量。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种拱桥式阀板结构，包括阀板底板、拱桥板、支撑结构及阀杆套；
所述拱桥板固设在所述阀板底板的上端面，形成封闭式形状，所述拱桥板的纵向断面为对称的第一弧形结构，所述第一弧形结构两侧的切线与水平线的夹角由上到下逐渐增加，所述第一弧形结构顶部两侧的切线在上端形成的夹角为α，α角度为95度～175度；
所述支撑结构设置在所述阀板底板与所述拱桥板之间，所述支撑结构一端与所述拱桥板固接，所述支撑结构另一端与所述阀板底板固接，所述阀杆套固设在所述阀板底板上端面的中部，所述阀杆套位于所述拱桥板的中部。
进一步的，所述支撑结构包括一个或多个横筋、多个竖筋及多个支撑柱，一个或多个所述横筋与多个所述竖筋交错设置在所述阀板底板的上端面，每一所述横筋及竖筋上均至少设有两个所述支撑柱，每一所述支撑柱顶端均与所述拱桥板固接，当所述横筋为一个时，所述横筋位于所述阀板底板上端面的中部，当所述横筋为多个时，一个所述横筋位于所述阀板底板上端面的中部，剩余所述横筋可设置在位于所述阀板底板上端面中部的横筋的左侧、右侧或左右两侧，多个所述横筋之间等间距排列，多个所述竖筋之间等间距排列。
进一步的，每一所述竖筋均与每一所述横筋垂直。
进一步的，所述横筋数量为奇数，所述竖筋数量为偶数。
进一步的，当所述横筋数量为两个以上时，位于所述阀板底板上端面中部的横筋的宽度为其他所述横筋宽度的1.2～1.5倍。
进一步的，所述阀杆套与所述拱桥板的连接位置为前后对称设置的两个第二弧形结构，两个所述第二弧形结构形成哑铃型结构。
进一步的，两个所述第二弧形结构处设有倒圆角。
进一步的，所述横筋、竖筋、支撑柱、拱桥板、阀板底板及阀杆套均为一体式连接。
进一步的，所述拱桥板外部前后两侧对称设有能够进行吊装的连接板，所述阀杆套设置在两个所述连接板之间，每一所述连接板均与所述拱桥板固接。
一种拱桥式阀板结构的设计方法，包括以下步骤：
S1：建立拱桥式阀板结构的三维实体模型，并对拱桥式阀板结构的三维模型进行网格划分或单元划分，以形成上述实体模型的若干网格单元；
S2：根据实际工况中拱桥式阀板所选用的材料，并且相应确定上述实体模型的材料物理参数；
S3：根据实际工况中拱桥式阀板中的受力位置，选取上述实体模型的载荷F施加位置，并且拟定载荷F大小，F为实际工况中拱桥式阀板受力的1.1倍以上；
S4：根据上述实体模型的载荷F施加位置和载荷F进行上述实体模型的受力仿真计算，经计算后得出上述实体模型的位移结果图以及应力结果图；
S5：依据S4计算后得出上述实体模型的位移结果图及应力结果图，增强上述实体模型中应力集中的位置的材料强度。
相对于现有技术，本发明所述的一种拱桥式阀板结构及设计方法具有以下优势：
本发明所述的一种拱桥式阀板结构及设计方法，通过拱桥板的第一弧形结构进而能够实现分散在实际工作过程中在阀板上出现应力集中的情况，进而能够有效避免阀板因疲劳或超过耐压限度而产生偏转或结构形变的情况；通过支撑结构能够有效的对拱桥板进行支撑，并且支撑结构能够起到减少阀板的制造材料及重量的作用。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种拱桥式阀板结构示意图；
图2为本发明实施例所述的一种拱桥式阀板结构另一角度结构示意图；
图3为本发明实施例所述的一种拱桥式阀板结构剖面结构示意图；
图4为本发明实施例所述的一种拱桥式阀板结构剖面结构示意图；
图5为本发明实施例所述的一种拱桥式阀板结构另一角度结构示意图；
图6为本发明实施例一所述的一种拱桥式阀板结构中的支撑结构示意图；
图7为本发明实施例二所述的一种拱桥式阀板结构中的支撑结构示意图；
图8为本发明实施例三所述的一种拱桥式阀板结构中的支撑结构示意图。
附图标记说明：
101-阀板底板；201-拱桥板；202-连接板；301-阀杆套；401-横筋；402-竖筋；403-支撑柱。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种拱桥式阀板结构，如图1所示，包括阀板底板101、拱桥板201、支撑结构及阀杆套301；
拱桥板201固设在阀板底板101的上端面，形成封闭式形状，拱桥板201的纵向断面为对称的第一弧形结构，第一弧形结构两侧的切线与水平线的夹角由上到下逐渐增加，第一弧形结构顶部两侧的切线在上端形成的夹角为α，如图3所示，α角度为95度～175度，通过拱桥板的第一弧形结构进而能够实现分散在实际工作过程中在阀板上出现应力集中的情况，进而能够有效避免阀板因疲劳或超过耐压限度而产生偏转或结构形变的情况；
支撑结构设置在阀板底板101与拱桥板201之间，支撑结构一端与拱桥板201固接，支撑结构另一端与阀板底板101固接，阀杆套301固设在阀板底板101上端面的中部，阀杆套301位于拱桥板201的中部。
支撑结构包括一个或多个横筋401、多个竖筋402及多个支撑柱403，一个或多个横筋401与多个竖筋402交错设置在阀板底板101的上端面，每一横筋401及竖筋402上均至少设有两个支撑柱403，每一支撑柱403顶端均与拱桥板201固接，当横筋401为一个时，横筋401位于阀板底板101上端面的中部，当横筋401为多个时，一个横筋401位于阀板底板101上端面的中部，剩余横筋401可设置在位于阀板底板101上端面中部的横筋401的左侧、右侧或左右两侧，多个横筋401之间等间距排列，多个竖筋402之间等间距排列，通过支撑结构能够有效的对拱桥板进行支撑，并且支撑结构能够起到减少阀板的制造材料及重量的作用。
每一竖筋402均与每一横筋401垂直。横筋401数量为奇数，竖筋402数量为偶数，当横筋401数量为两个以上时，位于阀板底板101上端面中部的横筋401的宽度为其他横筋401宽度的1.2～1.5倍，进而能够进一步加强拱桥式阀板结构前后两侧的应力耐受强度。
实施例一，如图6所示，蝶阀口径DN800时的实施方式；
实施例二，如图7所示，蝶阀口径DN1000时的实施方式；
实施例三，如图8所示，蝶阀口径DN1200时的实施方式。
阀杆套301与拱桥板201的连接位置为前后对称设置的两个第二弧形结构，两个第二弧形结构形成哑铃型结构，能够有效增强阀杆套301与拱桥板201的连接强度，本实施例中，两个第二弧形结构处设有倒圆角，能够进一步的分散在阀杆套301与拱桥板201连接处产生的应力。
横筋401、竖筋402、支撑柱403、拱桥板201、阀板底板101及阀杆套301均为一体式连接，进而能够进一步加强拱桥式阀板结构前后两侧的应力耐受强度，并且提高了阀板结构的耐压限度，大大降低了阀板结构形变产生的可能。
拱桥板201外部前后两侧对称设有能够进行吊装的连接板202，阀杆套301设置在两个连接板202之间，每一连接板202均与拱桥板201固接，本实施例中一体式连接，通过连接板202能够方便在加工过程中对阀板结构进行移动。
一种拱桥式阀板结构的设计方法，包括以下步骤：
S1：建立拱桥式阀板结构的三维实体模型，并对拱桥式阀板结构的三维模型进行网格划分或单元划分，以形成上述实体模型的若干网格单元；
S2：根据实际工况中拱桥式阀板所选用的材料，并且相应确定上述实体模型的材料物理参数；
本实施例中，拱桥式阀板所选用的材料为QT450，弹性模量(杨氏模量)为1.73e5MPa，泊松比为0.3，密度为7.0e3kg/m3，屈服极限为310MPa，抗拉强度为450MPa。
S3：根据实际工况中拱桥式阀板中的受力位置，选取上述实体模型的载荷F施加位置，并且拟定载荷F大小，F为实际工况中拱桥式阀板受力的1.1倍以上；
S4：根据上述实体模型的载荷F施加位置和载荷F进行上述实体模型的受力仿真计算，经计算后得出上述实体模型的位移结果图以及应力结果图；
S5：依据S4计算后得出上述实体模型的位移结果图及应力结果图，增强上述实体模型中应力集中的位置的材料强度，本实施例中，增强材料强度的方式为(1)实体模型中的横筋401或竖筋402，将横筋401或竖筋402偏移至上述实体模型中应力集中的位置；
(2)增加上述实体模型中的横筋401或竖筋402数量，将增加后的横筋401或竖筋402分布至上述实体模型中应力集中的位置；
(3)增加上述实体模型中应力集中的位置的材料厚度。
现有的CAE软件均能够实现上述设计方法的步骤。
本实例的工作方式
首先通过蝶阀口径的大小来确定阀板结构中的支撑结构，将阀板结构安装至蝶阀阀体内部，阀杆套301上设有三个连接孔，使用过程中，阀杆套301通过三个圆柱销与阀杆连接，现有的涡轮蜗杆传动装置通过阀杆控制阀板结构进行转动。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.拱桥式阀板结构的设计方法，包括拱桥式阀板结构，拱桥式阀板结构包括阀板底板(101)、拱桥板(201)、支撑结构及阀杆套(301)；
所述拱桥板(201)固设在所述阀板底板(101)的上端面，形成封闭式形状，所述拱桥板(201)的纵向断面为对称的第一弧形结构，所述第一弧形结构两侧的切线与水平线的夹角由上到下逐渐增加，所述第一弧形结构顶部两侧的切线在上端形成的夹角为α，α角度为95度～175度；
所述支撑结构设置在所述阀板底板(101)与所述拱桥板(201)之间，所述支撑结构一端与所述拱桥板(201)固接，所述支撑结构另一端与所述阀板底板(101)固接，所述阀杆套(301)固设在所述阀板底板(101)上端面的中部，所述阀杆套(301)位于所述拱桥板(201)的中部；
所述支撑结构包括一个或多个横筋(401)、多个竖筋(402)及多个支撑柱(403)，一个或多个所述横筋(401)与多个所述竖筋(402)交错设置在所述阀板底板(101)的上端面，每一所述横筋(401)及竖筋(402)上均至少设有两个所述支撑柱(403)，每一所述支撑柱(403)顶端均与所述拱桥板(201)固接，当所述横筋(401)为一个时，所述横筋(401)位于所述阀板底板(101)上端面的中部，当所述横筋(401)为多个时，一个所述横筋(401)位于所述阀板底板(101)上端面的中部，剩余所述横筋(401)可设置在位于所述阀板底板(101)上端面中部的横筋(401)的左侧、右侧或左右两侧，多个所述横筋(401)之间等间距排列，多个所述竖筋(402)之间等间距排列；
当所述横筋(401)数量为两个以上时，位于所述阀板底板(101)上端面中部的横筋(401)的宽度为其他所述横筋(401)宽度的1.2～1.5倍；
所述阀杆套(301)与所述拱桥板(201)的连接位置为前后对称设置的两个第二弧形结构，两个所述第二弧形结构形成哑铃型结构；
两个所述第二弧形结构处设有倒圆角；
所述横筋(401)、竖筋(402)、支撑柱(403)、拱桥板(201)、阀板底板(101)及阀杆套(301)均为一体式连接；
所述拱桥板(201)外部前后两侧对称设有能够进行吊装的连接板(202)，所述阀杆套(301)设置在两个所述连接板(202)之间，每一所述连接板(202)均与所述拱桥板(201)固接；
包括以下步骤：
S1：建立拱桥式阀板结构的三维实体模型，并对拱桥式阀板结构的三维模型进行网格划分或单元划分，以形成上述实体模型的若干网格单元；
S2：根据实际工况中拱桥式阀板所选用的材料，并且相应确定上述实体模型的材料物理参数；
S3：根据实际工况中拱桥式阀板中的受力位置，选取上述实体模型的载荷F施加位置，并且拟定载荷F大小，F为实际工况中拱桥式阀板受力的1.1倍以上；
S4：根据上述实体模型的载荷F施加位置和载荷F进行上述实体模型的受力仿真计算，经计算后得出上述实体模型的位移结果图以及应力结果图；
S5：依据S4计算后得出上述实体模型的位移结果图及应力结果图，增强上述实体模型中应力集中的位置的材料强度。
2.根据权利要求1所述的拱桥式阀板结构的设计方法，其特征在于：每一所述竖筋(402)均与每一所述横筋(401)垂直。
3.根据权利要求2所述的拱桥式阀板结构的设计方法，其特征在于：所述横筋(401)数量为奇数，所述竖筋(402)数量为偶数。
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