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。

针对闸阀密封面局部密封比压大于材料许用比压的现象,对阀座密封面宽度进行优化设计以保证闸阀的密封性。优化前阀座密封面宽度为5 mm,在[4,6. 5]宽度范围内,对以0. 5 mm为步长的6组模型进行数值模拟仿真,并对结果进行数值拟合,获得临界密封面宽度值,最后进行仿真试验验证。结果表明:6组模型密封比压值成线性关系,通过线性拟合得出材料许用比压150 MPa对应的临界密封面宽度为5. 6 mm,数值试验验证此时密封比压为151. 69 MPa,相对误差为1. 13%。

采用椭圆簇法,以轴流式止回阀阀芯中阀瓣型线和导流罩型线的丰满系数为设计变量,进行组合优化设计。由均匀试验设计获得8组方案,为了提高插值精度和可靠性同时补充8组试验结果,数值试验后由Biharmonic样条插值获得阀瓣丰满系数和导流罩的丰满系数最优组合,最终得到压力损失最小的阀瓣型线和导流罩型线。结果表明:由Biharmonic样条插值获得的阀瓣型线丰满系数为0.574,导流罩型线丰满系数为0.986,数值试验得到理论最小压降值为524.06 Pa,流阻系数为0.26。