阀盘在冲击阀座的过程中,所承受最大局部集中0.955×109Pa。根据泵阀疲劳寿命曲线,对应的脉动循环周次为 2.1×105,即泵阀的使用寿命约为 25h~30h。由于以上简化模型求解时忽略了实际工况中存在的两个因素,因此得出的结果与实际泵阀寿命可能略有出入。现对这两因素分析如下:
一方面,在泵阀关闭阶段简化模型和泵阀冲击过程有限元动力学模型中认为,阀盘在高度 5.6mm处,由于强大压力推动快速下落,从而完全忽略水力摩阻和导轨摩阻。在此阶段阀盘受力平衡方程中,由于阻力忽略,求出阀盘下落时的速度与加速度比实际情况下的速度与加速度大。在实际工况下,阀盘从最高位置到与阀座接触,时间极短。阀盘运动下方的液体受到压缩变得相对稠密(密度增大),而阀盘上方的液体又会变得相对稀薄(密度减小),液体会由稠密的地方向稀薄的地方流动,由于快速运动的阀盘上方产生了液体稀薄区域,阀盘下方的液体就会极力绕过阀盘向阀盘上方流动,并带动四周的液体快速填补这一区域,这样便形成了流体涡旋。有涡旋的地方液体运动加速,压强会进一步减小,因此,对于快速运动的阀盘,下方受到的液体压强远远大于上方涡旋处的压强,上下压强差对阀盘产生了一个向上的阻力,这个阻力跟涡旋有关,定义为涡旋阻力。在流体中运动的阀盘所受的阻力包括摩擦阻力和涡旋阻力,涡旋阻力要比摩擦阻力大得多,所以在求解时不叮忽略。
另一方面,在 ANSYS 模拟时也并未考虑密封圈的缓冲作用。密封圈工作锥面的锥度一般与阀盘(或阀座)锥度相同,而且前者突出于阀盘锥面以外。这样当阀盘下落时,密封圈首先与阀座接触,对阀盘与阀座金属面之间产生的刚性接触起缓冲作用。同时,由于密封圈首先与阀座接触,在阀盘与阀座之间密封液体,这样在阀盘与阀座金属尚未接触之前便在金属间形成“液垫”,从而可以减少阀最后关闭时的冲击。
综上分析可知,模拟求出的集中应力与实际有一定差距。为了使结果更接近于实际数据,可在该模型求出的应力基础上,再乘一个考虑实际阻力和缓冲的折减系数,该系数可通过实验测量得出。假设阻力折减系数为φf,缓冲折减系数为φt,则总折减系数φ=φf×φt,实际应力σ=φ×σˊ(σˊ为理论应力),然后参照泵阀疲劳寿命图,可以求得泵阀的使用寿命。需要强调的是,用理论应力得出的泵阀寿命具有一定的安全余量,可以为现场人员及时更换泵阀提供参考。