法兰球阀的密封技术分析

法兰球阀的密封技术分析

1、密封机理

固定球阀采用进口密封(图2)，此时球阀压差(P-P1)>0(P、P1为阀前和中腔的流体压力)。当压差大到一定程度，即在密封副表面造成一定的压紧比压时，此比压将引起阀座弹塑性变形，填塞密封面上的微观不平度以阻止流体从密封副间通过。当压差较小或阀座采用金属材料制作时，依靠压差不能达到完全密封，此时必须另加一个密封外力，以加大压紧比压。根据工作压力计算密封所需的必需比压qb的经验公式为qb=1.2PN=30MPa。为保证球阀密封可靠，在球体和阀座的接触表面上应有足够的比压，但不得超过密封副材料的许用比压[q]。

2、有限元计算

由于密封比压的计算过程仅与法兰球阀球体、法兰球阀阀座和阀座支承圈等零部件有关，所以对其有限元分析模型做了简化(图3)，这样不仅节约了计算机资源，而且提高了计算结果的准确性。通过模拟现实工况，需计算得出阀座支撑圈与左右体相接触的面上的压力值Qs。

根据现实工况，在COSMOSWORKS中建立一个静力学分析算例，并确定约束载荷条件(①固定球体与上阀杆和底盖相接触面。②限定法兰球阀阀座和阀座支撑圈只能在轴向上运动。③将Qs施加在阀座支撑圈与左右阀体相接触的面上，进行网格化。④确定球体和阀座支撑圈的材料为35号钢，阀座的材料为奥氏体不锈钢，密封面间无滑动(奥氏体不锈钢的许用比压[q]值为150MPa)，

在阀座密封面上等距获取25个点(图4)，然后沿X方向依次探测这25个点的压力值，再将探测数据导入Excel中进行分析(图5)，得到密封比压在阀座密封面上呈抛物线分布，其最大值处于阀座的内径处，为62.1MPa，最小值处于阀座中部，其值为40.16MPa。结合阀门密封设计参数必须比压qb(30MPa)和阀座材料的许用比压[q](150MPa)。密封比压的值处于qb和[q]之间，满足了设计准则。