0 前言
                                 
                              在煤炭、冶金、石油、化工等行業中，平板閘閥的應用十分廣泛，由于管路中含有大量顆粒狀物料和礦砂，所以對管路中閥門的磨損是比較嚴重的，特別是煤炭系統中的重介質選煤廠尤為突出。舊式金屬閘閥使用壽命短，一般為90d，有的僅30d，甚至使用7d時間就不得不更換新閥，且多數是人工操作，開關費力又不方便，經常由于閘板下部堆料而關閉不嚴，泄漏嚴重，大大影響了系統運行的穩定性。目前全國大型的洗煤廠有400多家，每家每年使用不同規格的閥門數百個，為此對此類閥門的研究越來越受到關注，主要是對過流部件從材料和結構上進行改進。而改進的前提就是對其進行準確的應力分析和結構可靠性分析，傳統的試驗方法固然可取，但是費用高、耗時長。隨著計算機技術的發展，應用大型的有限元軟件進行比較復雜的應力分析也成為可能。
                                  1 結構改進
                                 
                              對平板閘閥的主要磨損部位—閥體和閘板的結構進行了改進，閘板的下部采用了直線形結構，不但克服了老式閘閥下沿的圓弧尖處被加劇磨損的現象，而且提高了自動控制的線性關系。閥體也相應地在過流部位改成了方形結構，在閥體的左右側設計了大口進、小口出的結構，解決了粉料堆積問題。在閥體和閘板的易磨損處，又設計了鑲嵌陶瓷環的結構，增加了閥的耐磨性，提高整個閘閥的使用壽命。
                                  2 閘閥閥體和閘板應力分
                                  （1）模型建立
                                  
                              由于平板閘閥在正常狀態下閥門的開度約為50%，所以選取閘板在中間位置進行沖擊過程中的有限元分析，沖擊過程中的分析為流體動力學分析。閥體和閥板的分析模型，分別在三維實體造型軟件ProPE中創建，然后通過數據接口導入ANSYS中。流體動力學模型選用FLUID142三維流體單元模型。對于鑲嵌的陶瓷環，采用與閥體和閘板分別進行實體造型，導入ANSYS后，再進行布爾運算，實體相加之后劃分單元格。改進后流動模型如圖1所示。

                                  （2）網格劃分
                                 
                              為了得到精確的結果，使用映射網格劃分，閘閥的網格劃分采用四面體單元網格，根據閥體各部位壁厚自動劃分。為保證有限元計算結果的可靠性，單元網格劃分尺寸設定應不大于閥體的最小壁厚值。在劃分網格時，由于管壁附近梯度較大，所以管壁區域的網格適當做了調整，閥體應力分析采用Sol2id186單元網格，改進后的模型如圖2、圖3所示。

                                  （3）邊界條件處理和載荷情況
                                 
                              流體動力學分析邊界條件和載荷，包括入口、出口、液體和管壁的接觸3部分。閘閥入口處假定進口速度均勻，并且垂直于進口流場上的流體速度為零，介質的流速為0.3m3Ps。在所有壁面上施加無滑移邊界條件，即所有速度分量都為零。且流體不可壓縮，性質為恒值。在這種情況下，壓力就可只考慮相對值，因此在出口處施加的壓力邊界條件是相對壓力為零，入口處施加閥門的試驗壓力為0.9MPa。關于閥壁變形對流體的影響，由于這一變形很小，忽略不計。
                                 
                              介質的流速對閥門的壓力為梯形壓力，最大處為速度與介質密度的乘積，介質密度為1.4kgPm3，即介質的速度引起的壓力最大值為0.42Pa，遠遠小于閥門的試驗壓力0.9MPa，也忽略不計。
                                  （4）輸入材料參數
                                 
                              閘板選用的材料為2Cr13，其密度為7.9gPcm3，力學性能為：彈性模量E=206GPa，泊松比μ=0.3，閥體選用的材料為鑄鋼，其密度為7.8gPcm3，力學性能為：彈性模量E=210GPa，泊松比μ=0.3，下沿鑲嵌的剛玉陶瓷體積密度為3.5gPcm3，其力學性能為：彈性模量E=380GPa，泊松比μ=0.32。
                                  （5）計算求解與結果分析

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