Kerotest采用FEA技术设计优质天然气阀

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Kerotest采用FEA技术设计优质天然气阀

发布时间:2004-02-24 20:47:00　来源: ALGOR CHINA 　双击鼠标滚屏

Kerotest采用FEA技术设计优质天然气阀

　　随着众多的制造业工作岗位输出到海外，以匹兹堡为根基的Kerotest公司宣布要使他们的聚乙烯球阀POLYBALL™ 成为全球的市场中具有竞争性的产品。Kerotest总裁Robert Visalli说："我们拥有自己的雇员和美国制造的产品，这就允许Kerotest提供一种与客户的长期稳定的关系。"单单凭借采用的新型设计和制造技术，Kerotest坚信他们能够保持其强大市场竞争力。

　　来自ALGOR公司的FEA软件是他们采用高新技术和制造工艺进行天然气阀优化设计的一个重要组成部分。"我们向ALGOR的FEA软件投资，是为了使POLYBALL™阀比我们原先的产品具有更详细地评估，并能够以更低的费用提供更好的性能,"总工程师Richard W. Conley说，"我们之所以选择 ALGOR 软件，是因为它易学易用，并且能够有效的洞察我们的整个设计。"

　　近一个世纪以来，Kerotest公司一直致力于天然气阀的研究工作，来帮助新英格兰天然气公司、纽约电力电气公司、费城煤气厂、Sierra太平洋电力公司等将天然气分配到各个住宅和单位。面对着针对腐蚀的行业发展趋势和阀的免费维护,Kerotest公司宣布设计包括0.5" 到 12"标准的、全通道的、中高密度聚乙烯阀的POLYBALL™生产线。

　　 "我们的目标要使聚乙烯阀成为市场竞争中的赢家，而且要以更低的价格提供更好的性能。"Conley说。因为在天然气行业中公众的安全是最为重要的,采用的阀也必须达到或超过ASME B16.40、美国材料试验学会D-2513和美国联邦规则(CFR)的192标准。

　　 Kerotest公司的高技术设计和制造工艺是其能使POLYBALL™挤进市场的信心所在。"从一开始，我们就坚信，如果我们设计出合适的产品并用合适的制造工艺来生产,我们就可以和世界上任何不输出工作岗位的厂家竞争," Conley解释道，"大家都以差不多的价格购买原料，因此，成功就在于如何把原料转变成成品。我们的成功将依靠健全的设计和高技术的制造工艺。"为了在阀的设计过程中保持一致的结构整体性，Kerotest转向ALGOR的FEA软件来帮助其修整多余的材料。

用FEA设计POLYBALL™

　　Conley对天然气工业阀的初始设计主要依靠他的经验。"因为它必须与标准管的直径相匹配, 所以阀的外径不变,"Conley说，" 然而，为了得出能够承受其必须承受的工作压力的壁厚，阀中心部分的内外径必须进行优化设计。迫于天然气行业的呈现的趋势，我们设计阀的目标是要使阀能承受比当前工业标准更高的压力--达到 125 PSI。"在Conley制定了施工设计和尺寸规格之后,将这些数据转交给他的同事、高级设计工程师Richard Adams, 由他建立CAD模型并进行FEA分析。

　　 Richard Adams在Kerotest公司有着30年的产品设计经验，他在使用 ALGOR 软件之前对FEA只有很少的了解，也没有经过正式培训。"我的大部分工作根据经验改进和调整现有产品,"Adams说，"我主要是在售卖示范的演示中和与软件一起的'入门培训'网络指导中对ALGOR软件有了一些了解。我所需要做的工作就是运用Pro/ENGINEER模型，建立并执行分析、查看结果并自动生成包含自己观点的HTML报告。"

　　 Richard Adams首先用Pro/ENGINEER将各种大小不同的POLYBALL™阀建摸。除了为将每个阀建立完整的装配体模型之外，他还将工程师感兴趣的部分建立了简化模型并对与管道系统相连接的端部进行了模拟。然后用ALGOR的InCAD技术直接捕获结构尺寸。"InCAD技术可以非常方便的对Pro/ENGINEER模型进行操作,"Adams说，"无需任何额外工作即可获得FEA分析所需的结构数据。" Adams又建立了一个3D 实体的有限元网格模型。"ALGOR的网格划分工具可以一次生成高质量网格,"Adams评价道，"通过验证，其默认的分网方式可足以对需高度分网的模型进行分析，而且生成的结果也相差不多。"
阀的内表面存在径向压力载荷，管的端部也存在一定的张力载荷。为了方便的施加端部载荷,

　　 Richard Adams把阀做成了端部封闭的模型。然后将从树脂厂商那获得的材料属性赋予模型。"在这次设计中,"Conley解释说"我们认识到，分析结果在很大程度上依赖于所获得的材料属性精确程度。"
Adams执行了线性静力分析之后，在ALGOR FEMPRO的Superview 4后处理模块中查看分析结果。"我非常喜欢ALGOR 提供的结果分布评估和显示工具,"Adams说，" 尤其是报告自动生成功能，它使我在准备与工程中其他人沟通的报告时，节约了很多时间。"

　　 Richard Adams把各种不同的阀都经过同样的处理，然后与Conley一起讨论结果，并将壁厚、过渡区域及阀内形状等设计参数进行优化处理，从而在保证能承受较高压力的同时减少原材料的消耗。

　　为了确保阀能够达到天然气构件需要的安全标准，Kerotest进行了广泛的原型测试。"POLYBALL™阀是由聚乙烯制成的，需要铸造的模子。"Adams说，"如果原型不是一次成功的话,就会浪费很多时间和和多生产模子的钱。FEA使我们能够做出可以一次通过原型测试的健全设计。" Volgstadt & Associates公司的一位聚乙烯管道系统顾问，验证了POLYBALL™阀的性能和灵活操作。顾问运行了他们自己的分析软件并详细的检查测试程序和结果后，得出结论：阀的设计符合工业标准。

　　 POLYBALL™阀在2003年四月投放到市场,并承诺5年质保。POLYBALL™系列产品基于Kerotes的Mansura, Louisiana设备,Kerotest在那里投资了价值四百五十万美金USD设备。

Kerotest更进一步整合FEA

　　目前Kerotest设计小组对FEA有了初步的经验,他们打算用ALGOR软件进行其他设计。"在将来的项目中，我有信心使用这些工具并且在结果的基础上做一些设计的变化，"Conley说。"我们正在研究其他技术并尝试更进一步的把FEA整合到我们的设计程序中。"

　　虽然目前的POLYBALL™阀生产线主要还只为应用于天然气工业而设计的，但它也应用用于一些常规工业和水给设施中。随着POLYBALL™阀的市场需求的增长,Conley希望 Kerotest将会使用FEA对水给工业标准的设计进行再评估,因为该标准有不同的压力需求和安全因数。"虽然较之天然气工业，水给工业在更高的压力下工作,但其安全因数也是不那么严格, 因此二者可以使用相同尺寸的管,"Conley解释道，"然而，我们应该对POLYBALL™阀门再评估，以确保阀内部的装置能够承受更高的压力。"

　　不管将来如何,Conley和 Adams都认为把 FEA整合到我们的设计程序是一次成功之举。他们不仅能生产出高质量产品, 而且能够快速的找到问题所在。 "我和Adams一起讨论如何使用ALGOR软件，而几个小时之内他就做完了。"Conley说，"我们是对能够准时生产实际产品发展负责的设计者。我们虽不能花数个月时间学习FEA软件并进行分析，但事实上，我们能够很快地用ALGOR得出结果，因为它的易学易用是出了名的。"

http://www.algor.com.cn/

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