金属密封耐磨全焊接球阀是近年来技术发展最快的一类阀，现代煤化工由于工况及工艺介质的特殊性，严格要求金属硬密封全焊接球阀的密封性能，阀座密封等级要达到美国流体控制学会ANSI/FCI70－2的ClassⅤ级阀座泄漏标准。密封失效是此类阀门最常见的失效形式之一，而决定一对密封副密封性的重要因素是比压、不平度和压差。在压差和加工精度确定的情况下，密封性能在很大程度上取决于密封面上的密封比压（密封面上单位面积上的压力）。影响球阀主密封结构密封比压的参数主要有密封宽度、压力角、压差、预紧力等。如果这些参数设计不当，会出现碟簧过载，启闭扭矩过大，导致阀座及球体表面涂层应力集中，从而产生裂纹，甚至剥落，高温时形成球体“卡死”的现象。在实际计算过程中，金属硬密封球阀的比压计算采用近似公式。
由于该公式在计算时采用密封面平均直径得出平均密封比压，因此不能准确反映密封副上的密封比压分布；若用数学分析方法获得密封面上的理论值，计算程序复杂而且结果不精确。目前，各类高校及科研院所对阀门密封性开展了大量研究，针对球阀软密封的有限元分析已趋于成熟，而对于硬密封球阀的密封性能报道甚少，特别是采用有限元分析方法进行球阀主密封结构优化设计鲜有报道。
鉴于此，本文以硬密封球阀典型进口端密封结构为研究对象，建立主密封结构的有限元模型，并结合密封比压的评价模型采用大型通用非线性分析软件ABAQUS作为求解工具，重点研究硬密封球阀的密封比压与各参数之间的关系，进而建立不同密封结构设计参数的模型，揭示密封结构的密封宽度、压力角、DMP/DJH等影响因素对密封的影响，以期得到密封与启闭扭矩的平衡参数，完善硬密封阀门的设计理论与方法。
1 密封性能评价模型
选择合适的密封比压是保证阀门密封、寿命和结构紧凑的关键因素。当球阀在预紧状态下球体相对阀座转动时，密封副之间由于切向应力产生摩擦磨损。目前研究表明，金属材料摩擦副之间的摩擦磨损率随着载荷的增加有一个临界载荷，即在临界载荷下，磨损率较小，而大于临界载荷，磨损率迅速增大，产生比较严重的磨损。因此，为避免锁渣阀在频繁地启闭过程中出现严重的摩擦磨损，密封面的比压必须尽量小，但又要保证足够密封。因此，阀门的密封比压必须满足以下条件：
（1）其中：qb为保证密封必需比压，单位MPa；q为实际比压，单位MPa；［q］为密封面材料的许用比压，单位MPa。根据不同的密封面宽度、压力及材料进行试验，得到当密封面材料为钢或是硬质合金时的球阀必需比压经验公式可表示为：
（2）其中：h2为密封面径向投影宽度，单位cm；m为与流体性质有关的系数，常温水m＝1，高温液体、气体m＝1.4；p为介质压力，单位MPa；qb为密封必需比压，单位MPa。
本文中，当p＝15MPa、h2＝5mm（设计值）时，必需比压按式（2）计算得到qb＝32MPa，而［q］＝150MPa。
关键词： 全焊接球阀
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