以典型项目钛合金硬密封球阀为例,介绍了PTA用钛合金硬密封球阀的技术现状、设计标准等。对密封结构进行设计,并计算所需密封力。结合理论计算进行有限元分析,对钛合金硬密封球阀的阀座密封结构和密封比压进行设计与分析研究。

以DN200 mm硬密封球阀为研究对象,确定了球阀在静力场分析时所需的边界条件,将实际工况转化为模拟条件进行分析,得到了球体上变形和接触面上接触压力的分布情况。结果表明,球阀在小开度时变形较大,最大接触压力值也并不随阀门开度呈线性变化,还出现了局部应力集中现象。

硬密封球阀对流体介质具有低摩阻性、使用简单、启闭性好、气密性好、稳定性好等优势,在煤炭工业中得到了广泛的使用。由于煤炭工业原材料含有腐蚀性物质、硬质颗粒等,所以必须选用具有良好性能的耐高压、耐腐蚀、耐磨、温度覆盖范围广的硬金属硬质阀门,通过在高压的双重作用下,将球与高压阀门夹持起来,达到密封件的目的。本文介绍了高温硬密封球阀的密封特点,分析了各种硬密封球阀的阀座结构形式及密封原理,提出了硬密封结构的改进方法。

针对硬密封球阀的密封性能,应用均匀试验设计方法,对不同的压力角、密封宽度以及密封面平均直径与进口阀座套筒外径比值下的密封面间隙值利用二次多项式进行回归分析,得出影响密封面间隙值的显著性依次为压力角、密封宽度以及密封面平均直径与进口阀座套筒外径比值。多变量寻优得到当压力角为44°、密封宽度为6.30 mm、密封面平均直径与进口阀座套筒外径比值为0.86时,硬密封固定球球阀密封面间隙值最大为0.0077 mm,优化效果明显。

平板阀和硬密封球阀的设计有很多共性。文中分别介绍了其设计要领、试压方法等。