Применение метода конечных элементов для оценки герметичности клапанной пары при попадании металлической частицы загрязнения

Язык труда и переводы:
УДК:
629.78
Дата публикации:
24 января 2022, 01:57
Категория:
Секция 11. Наукоемкие технологии в ракетно-космической технике
Авторы
Поддерёгин Антон Владимирович
КБ «Арматура» — филиал АО «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева»
Аннотация:
Рассмотрен метод, позволяющий анализировать обеспечение герметичности клапанного уплотнения при попадании в него твердой частицы загрязнения. Метод основан на использовании современных программных комплексов инженерного анализа. Также в докладе описан способ относительно быстрого получения значений пластических свойств материала седла, необходимых для расчета в применяемом программном комплексе ANSYS.
Ключевые слова:
клапанное уплотнение, герметичность, частица загрязнения, высокие требования по чистоте
Основной текст труда

В докладе рассматривается метод, позволяющий анализировать обеспечение герметичности клапанного уплотнения при попадании в него твердой частицы загрязнения. Метод основан на использовании современных программных комплексов инженерного анализа.

Для обеспечения надежного функционирования пневмоарматуры космической техники к рабочим средам — сжатым газам, предъявляются высокие требования по чистоте. Как правило, это обеспечивается установкой в систему фильтров тонкой очистки. Но несмотря на это на практике случаются ситуации, когда по тем или иным причинам происходит проникновение твердых частиц загрязнения, в частности, металлической пыли, стружки или осколков, оставшихся на поверхностях деталей после механической обработки, в проточные каналы пневмоарматуры. Попадание частиц в затворы регулирующей и запорной пневмоарматуры при их закрытии может привести к нарушению их герметичности. В связи с этим возникает необходимость в проведении анализа влияния на герметичность клапанного уплотнения частиц, попавших под клапан [1, 2]. Решение такой задачи аналитическим методом достаточно сложно, особенно, если в клапанном уплотнении применяются полимерные упругопластические материалы. Поэтому, как правило, единственной возможностью остается компьютерное моделирование с применением современных программных комплексов, основанных на методе конечных элементов.

В докладе на примере анализа конкретного клапанного уплотнения в программном комплексе ANSYS [3, 4] показан метод, позволяющий определить, сохранит ли клапан герметичность во всем диапазоне рабочего давления при попадании твердой частицы заданного размера, а также решить обратную задачу — определить диапазон давлений, при котором клапан не теряет герметичность.

Указанный метод предполагает определение напряженно-деформированного состояния седла из полимерного материала с расчетом в три этапа:

  • вдавливание клапана (от силы рабочего давления при его максимальном значении) с металлической частицей под ним в полимерное седло для создания начального отпечатка;
  • снятие нагрузки с клапана для получения остаточного отпечатка на седле вокруг вдавленной частицы;
  • повторное нагружение клапана меньшей рабочей нагрузкой (начиная с минимального рабочего давления) для определения диапазона давлений, при котором клапан не теряет герметичность.

Следует также отметить, что для корректного проведения расчета необходимы данные по упругопластическим свойствам материала седла и клапана. Однако, как правило, такой информации из открытых источников получить невозможно. В связи с этим возникает необходимость в проведении собственных экспериментов для получения необходимых упругопластических свойств уплотнительных материалов. Поэтому в докладе также описан относительно простой способ получения значений пластических свойств материала седла, необходимых для расчета в применяемом программном комплексе.

Литература
  1. Кармугин Б.В., Стратиневский Г.Г., Мендельсон Д.А. Клапанные уплотнения пневмоагрегатов. М.: Машиностроение, 1983. 152 с.
  2. Кондаков Л.А., Голубев А.И., Овандер В.Б. и др. Уплотнения и уплотнительная техника: справочник / под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. М.: Машиностроение, 1986. 464 с.
  3. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: практическое руководство. М.: Едиториал УРСС, 2003. 272 с.
  4. Бруяка В.А., Фокин В.Г., Солдусова Е.А., Глазунова Н.А., Адеянов И.Е. Инженерный анализ в ANSYS Workbench. Самара: Самар. гор. техн. ун-т, 2010. 271 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.