第51卷第6期2023年6月华南理工大学学报（自然科学版）JournalofSouthChinaUniversityofTechnology（NaturalScienceEdition）Vol.51No.6June2023三偏心蝶阀热棘轮效应的数值模拟李树勋1，2张建正1，2尹会全3康雯宇1，2张博浩1，2王宜雪1，2（1.兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州730050；2.机械工业泵及特殊阀门工程研究中心，甘肃兰州730050；3.陕西蓝箭航天技术有限公司，陕西西安710199）摘要：为了探讨热棘轮效应对三偏心金属硬密封蝶阀密封副热变形及密封性能的影响，先排除了蝶阀发生塑性垮塌失效、密封结构在数次常温与高温交变循环载荷作用下发生疲劳失效的可能性，然后通过ANSYSWorkbench有限元分析软件对三偏心蝶阀进行常温与高温交变循环载荷下的热棘轮效应研究，基于Chaboche非线性随动强化模型对三偏心蝶阀进行10次温度循环加载分析。结果表明：高温工况下阀座内环面与阀体外壁面的最大温差约为60℃，温度降低到常温后阀座的最大塑性应变随循环次数的增加出现渐增性塑性累积；10次温度循环后阀座的最大塑性应变为0.02116，阀座在温度循环载荷的作用下发生热棘轮效应；在第5次温度交变循环之后，阀座与密封圈的最大径向变形分别为0.2844mm和0.2753mm；阀座的最大径向变形大于密封圈的最大径向变形，阀座的残余变形导致密封面出现间隙，证明三偏心蝶阀出现密封失效现象是由于阀座发生热棘轮效应导致的。对阀体外壁面进行良好保温后，经有限元计算阀座未发生棘轮效应，可见对阀体进行良好保温是避免因阀座发生棘轮效应而出现密封失效的有效手段。该研究结果揭示了蝶阀在数次常温与高温交变循环载荷作用下出现密封失效的原因，并提出相应的防范措施。这对相同工况下的其他类型阀门和压力管道等设备避免发生热棘轮效应具有十分重要的指导意义。关键词：三偏心蝶阀；热棘轮效应；Chaboche模型；循环载荷；密封中图分类号：TH134文章编号：1000-565X（2023）06-0119-10在石油化工、核电与火电等高温低压大口径管线切断及控制领域，蝶阀以其结构紧凑、流阻小及启闭迅速等优势被广泛应用于管路系统。工程构件如管道、阀门、压力容器在使用中多数处于循环应力载荷状态，而棘轮效应的累积会致使构件产生过大的塑性应变［1-5］。棘轮效应的发生是随着循环周期的递增出现渐增性塑性应变累积，每个循环周期结束后变形不能恢复原状，出现残余变形。三偏心金属硬密封蝶阀在常温与高温交变循环载荷下会出现密封失效现象，此现象很大程度上可能与密封结...
