高温高压球阀主密封结构自补偿设计研究

刘先冬，顾寄南

(江苏大学 机械工程学院，江苏 镇江 212000)

0 引 言

高温高压球阀是近年来发展较为迅速的一类阀门之一[1-2]，普遍运用到石油化工、煤化工等行业。这些行业中由于运行工况复杂、流体介质特殊等性质，对其密封性能有着特别要求[3]，阀座密封等级要求达到美国流体控制学会ANSI/FCI70-2的Class Ⅴ级标准。在实际运作过程中，这类阀门最常见的失效形式就是主密封失效[4]，球阀的主密封结构是由阀座和阀球配合密封而成，在阀门的加工精度和工作介质压差确定的前提下，阀门的主密封性能主要由其密封面上的密封比压(单位面积密封面上的压力)决定[5]。

其中，阀座和阀球形成的密封面宽度及其压力角、工作介质的压差以及阀座所受到的的预紧力等是影响球阀主密封结构比压的主要参数，这些参数在设计上如果不合理，则阀门在启闭时就会出现扭矩过大、阀门无法完全开合等问题，导致阀门的密封性能受到影响，并且会致使阀球和阀座表面喷涂的涂层应力集中，从而使涂层产生裂纹、剥落[6-7]。

本研究以高温高压球阀入口端的主密封结构作为分析对象，研究其设计与结构特点，提出一种新型自补偿主密封结构，并建立三维模型进行分析。

1 密封结构及性能

1.1 常见球阀密封结构及其优缺点分析

浮动球阀的密封方法是通过工作介质本身的压力把在阀腔内自由度未完全限制的阀球压往阀门出口端阀座上而达到闭合密封效果的，因此，在高温高压下就要求阀座有着较强的硬度与强度来承受这种压力。……