應(yīng)用有限元分析軟件建立平面型非金屬閥瓣截止閥密封副的簡(jiǎn)化模型，對(duì)變操作工況下密封副的接觸應(yīng)力分布和變形情況進(jìn)行分析。對(duì)比相同工況下不同結(jié)構(gòu)閥瓣的接觸應(yīng)力分布和位移變化的差異，比較其性能，并采用試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明: 密封接觸面上應(yīng)力分布關(guān)于密封面中徑呈對(duì)稱(chēng)分布，在接觸面內(nèi)外徑處應(yīng)力最大，并從兩端向密封面中徑方向減小。閥瓣結(jié)構(gòu)中，密封墊徑向有約束的閥瓣較密封墊徑向無(wú)約束的閥瓣密封性能好。

　　截止閥作為最重要的截?cái)囝?lèi)閥門(mén)之一，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。閥門(mén)在管路中起著調(diào)節(jié)介質(zhì)流量和壓力、改變介質(zhì)流向及切斷介質(zhì)通路等重要作用，因此，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為閥門(mén)密封性能非常關(guān)鍵。截止閥的密封是通過(guò)對(duì)閥桿施加扭矩，閥桿在軸向方向上向閥瓣施加壓力，使閥瓣密封面與閥座密封面緊密貼合，阻止介質(zhì)沿密封面之間的縫隙泄漏。

　　影響閥門(mén)密封性能的因素主要包括工況條件、操作條件、密封副結(jié)構(gòu)等幾方面。陳國(guó)順?lè)治隽擞绊戦y門(mén)密封副密封性能的相關(guān)因素及影響規(guī)律，并針對(duì)這些影響因素提出了實(shí)現(xiàn)密封的解決辦法。宋強(qiáng)和王秋俠等提出了一種閥瓣帶有雙導(dǎo)向環(huán)，閥瓣能夠相對(duì)于閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。趙忠奎提出了一種截止閥閥桿、閥瓣的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，在閥瓣小端內(nèi)孔底面上保留錐孔，這種結(jié)構(gòu)使密封副密封載荷分布更為合理。趙俊芳對(duì)密封墊的嵌入形式進(jìn)行了反復(fù)的改進(jìn)，當(dāng)介質(zhì)流量較大流速較高時(shí)，密封墊不會(huì)出現(xiàn)脫落，在反復(fù)啟閉時(shí)不會(huì)失效。袁菊霞和張海亮分析了超高壓截止閥的密封機(jī)制，發(fā)現(xiàn)密封面寬度隨軸向力的變化是非線性關(guān)系，并對(duì)超高壓截止閥密封副材料的選用提出了建議。

　　本文采用有限元分析方法對(duì)兩種不同截止閥密封副形式的模型進(jìn)行了分析，比較其密封性能，并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1、有限元分析模型建立及參數(shù)設(shè)定

　　在研究截止閥密封泄漏特性時(shí)，擬采用密封副基本形式相同而閥瓣結(jié)構(gòu)不同的兩種密封副結(jié)構(gòu)，按照結(jié)構(gòu)形式的不同，將閥瓣分為A、B 兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，如圖1 所示，其中A 型為密封墊徑向無(wú)約束的閥瓣，B 型為密封墊徑向有約束的閥瓣。2 種閥瓣的金屬和非金屬部分材料均相同，分別為S30408 和Fs-46。采用有限元分析時(shí)對(duì)密封副做了一定的簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的密封副結(jié)構(gòu)如圖1 所示。截止閥密封副結(jié)構(gòu)基本尺寸如表1 所示。

圖1 截止閥密封副簡(jiǎn)化模型

表1 密封副尺寸

　　由于兩種形式閥瓣密封副的幾何形狀和邊界條件均具有軸對(duì)稱(chēng)性，故采用軸對(duì)稱(chēng)模型，取閥瓣密封面截面的1 /2 建立模型，閥瓣和閥座網(wǎng)格大小分別為0. 1 和0. 2，網(wǎng)格單元類(lèi)型采用CAX8，在閥座與閥瓣之間設(shè)置接觸模型，在閥瓣非金屬密封面法向上依次施加1、4、7、10 MPa 的介質(zhì)壓力均布載荷，而在閥瓣金屬部分法向上施加相應(yīng)閉合力載荷，閉合力載荷如表2 所示。

表2 閉合力載荷

　　以A 型閥瓣為例，密封副有限元模型如圖2 所示。

圖2 密封副有限元模型

2、結(jié)論

　　密封非金屬密封墊在密封接觸面以?xún)?nèi)和以外區(qū)域應(yīng)力分布較為均勻，密封面上應(yīng)力分布關(guān)于密封面中徑呈對(duì)稱(chēng)分布，在接觸面內(nèi)外徑處應(yīng)力最大，并從兩端向密封面中徑方向減小。