法蘭球閥密封技術分析

法蘭球閥密封技術分析

1、密封機理

固定球閥采用進口密封(圖2)，此時球閥壓差(P-P1)>0(P、P1為閥前和中腔的流體壓力)。當壓差大到一定程度，即在密封副表面造成一定的壓緊比壓時，此比壓將引起閥座彈塑性變形，填塞密封面上的微觀不平度以阻止流體從密封副間通過。當壓差較小或閥座采用金屬材料制作時，依靠壓差不能達到完全密封，此時必須另加一個密封外力，以加大壓緊比壓。根據工作壓力計算密封所需的必需比壓qb的經驗公式為qb=1.2PN=30MPa。為保證球閥密封可靠，在球體和閥座的接觸表面上應有足夠的比壓，但不得超過密封副材料的許用比壓[q]。

2、有限元計算

由于密封比壓的計算過程僅與法蘭球閥球體、法蘭球閥閥座和閥座支承圈等零部件有關，所以對其有限元分析模型做了簡化(圖3)，這樣不僅節約了計算機資源，而且提高了計算結果的準確性。通過模擬現實工況，需計算得出閥座支撐圈與左右體相接觸的面上的壓力值Qs。

根據現實工況，在COSMOSWORKS中建立一個靜力學分析算例，并確定約束載荷條件(①固定球體與上閥桿和底蓋相接觸面。②限定法蘭球閥閥座和閥座支撐圈只能在軸向上運動。③將Qs施加在閥座支撐圈與左右閥體相接觸的面上，進行網格化。④確定球體和閥座支撐圈的材料為35號鋼，閥座的材料為奧氏體不銹鋼，密封面間無滑動(奧氏體不銹鋼的許用比壓[q]值為150MPa)，

在閥座密封面上等距獲取25個點(圖4)，然后沿X方向依次探測這25個點的壓力值，再將探測數據導入Excel中進行分析(圖5)，得到密封比壓在閥座密封面上呈拋物線分布，其最大值處于閥座的內徑處，為62.1MPa，最小值處于閥座中部，其值為40.16MPa。結合閥門密封設計參數必須比壓qb(30MPa)和閥座材料的許用比壓[q](150MPa)。密封比壓的值處于qb和[q]之間，滿足了設計準則。