保温夹套高温球阀密封优化改进方案

保温夹套高温球阀密封优化改进方案

保温球阀根据结构不同，有整体式、二片式、对夹式保温球阀等几种结构形式，广泛适用于化工、石油、制药、冶金等行业的系统管路中。以输送常温下会凝固的重油、胶类等高粘度介质。保温球阀是焊接在阀体上的金属夹套，在金属夹套内注入蒸汽、导热油、冷却水、空调等，使其能够到达阀体的介质。在常温、加热和冷却条件下所需的温度起到保温或冷藏的作用。保温球阀用于高粘度、蒸汽或其他热和低温保存介质，并在室温下固化，以确保阀门内部的介质正常工作。 

　首先我们要做的是清洗阀座的密封系统，将阀座的密封系统重新注脂，把阀腔清理干净，按照要求调整阀门限位，要多次开关阀门，以确保安全操作阀门，开关动作阀门3次，润滑阀杆、变速箱及所有需润滑的设备，测试阀座密封泄漏情况，检测阀门附件，法兰注脂口以及阀杆的泄漏情况，检查执行机构是否正常工作（包括汽液联动执行机构，电动执行机构，气动执行机构和其他执行机构），检查RTU阀室时着重检查气液联动执行机构及相关配套系统。*后对于检查中存在的问题进行处理和维修。

　　所有夹套及阀体采用专用工艺及设备具有良好的保温保冷特性，且阀门的通径与管径一致，同时又能有效降低管路中介质热量损失。主要用于石油、化工、冶金、制药、食品等各类系统中，以输送常温下会凝固的高粘度介质。由于采用整体式结构，因而BQ41F球阀比一般球阀更小，重量更轻，且无外漏，密封性能良好，夹套采用碳素钢管焊接比铸造的更加耐压牢固。

保温夹套高温球阀密封优化改进方案的特点和优点如下：

1、开闭没有矛盾。这一特点彻底解决了传统阀门因密封面碰撞而影响密封的问题。

2、顶部加载计划。安装在管道上的阀门可直接在线检测和维修，有效减少设备停车，降低成本。

3、单阀座说明。除阀腔内介质因异常压力积聚而影响操作an全的疑虑。

4、低扭矩说明。专门设计和描述的阀杆可以通过一个小手柄轻松打开和关闭。

5、楔形密封方案。由于阀门依靠阀杆提供的机械力将球楔压在阀座上进行密封，因此阀门的密封性能不受管道内压差变化的影响，密封功能发挥作用。当然。在各种工作条件下。

6、密封面自清洁方案。随着球体远离阀座倾斜，管道中的流体以360°均匀地通过球体的密封面。这不仅Q除了高速流体对阀座的侵蚀，而且积聚在密封面上，达到自洁的目的。

4 保温夹套高温球阀密封优化改进方案密封性有限元分析

利用计算机可以模拟工件的实际受力情况，对其位移、应力、应变进行分析，常用的分析方法有计算机有限元模拟分析[5]和流体模拟分析，分别利用两种分析方法对球体与阀座的弹性变形进行研究[11]。

4.1  有限元模拟分析法[12]

4.1.1  简化模型

在进行有限元分析前，首先根据应力及变形的特点对模型进行简化。

（1）阀体的刚度很大，变形量甚微，省略阀体结构分析。

（2）球体由上、下轴进行固定，假定上、下轴刚度足够大，省略上、下轴的结构。

（3）弹簧、O型圈和石墨密封圈对球体与阀座的接触无影响，可以省略。

简化后的模型如图2所示。由于球体处于固定状态，可以单独进行分析，但阀座是浮动状态，不适合单独进行分析，球体与阀座组合分析更接近实际情况，因此分别对球体以及球体与阀座组件进行分析。

4.1.2 保温夹套高温球阀密封优化改进方案 球体静态分析

（1）建立新算例，选择静应力分析。

（2）网格划分，选择基于曲率的网格，用可变化的单元大小来生成网格，有利于细小特征处获得精确的结果。网格密度采用较高等级，求解结果更精确，但是网格划分和求解时间较长，对电脑配置要求也较高。本示例模型尺寸较小，所以采用高精度网格，对于大规格模型建议采用软件默认的中等密度网格。

（3）应用材料，球体基体材料设置为A182 F304。

（4）添加载荷，所有与介质接触部位添加压强42MPa。

（5）添加夹具，夹具设置为以上下轴孔承压面固定，符合实际情况。

球体静态分析结果如图3所示。从分析结果可以看出，上轴孔位置应力集中，*大应力超过屈服强度，球面应力小，产生弹性变形，且变形不均匀，*大变形发生在水平球口位置，变形量约为0.01805mm。

4.1.3 保温夹套高温球阀密封优化改进方案 球体、阀座组合静态分析

（1）建立新算例，选择静应力分析。

（2）网格划分规则与球体静态分析相同。

（3）应用材料，球体与阀座基体材料设置为A182 F304，忽略密封副涂层。

（4）设置连接，选择密封副设置全局接触，无穿透，摩擦系数为0.25。

（5）添加载荷，所有与介质接触部位添加压强42MPA，阀座添加弹簧力1100N。

（6）添加夹具方式与球体静态分析相同。

球体、阀座组合分析结果如图4所示。从图中可以看出，球体上轴孔位置应力集中，*大应力超过屈服强度；球面应力小，产生弹性变形，并且变形不均匀；水平球口位置变形量为0.02116~0.02151mm，上、下位置变形量为0.01155~0.01639mm；阀座承受应力未超过屈服强度，同样产生弹性变形；密封面水平位置变形量为0.03571~0.03635mm，上、下位置变形量为0.02973~0.04044mm；阀座弹性变形可以弥补球体的弹性变形以实现密封。

4.2 保温夹套高温球阀密封优化改进方案 流体模拟分析法

流体模拟分析是以流体载荷加载对工件进行分析，必须要以球体、阀座组合，才能形成一个可容纳流体的空间。

（1）设置向导，将介质设置为水或者气体，并设置密度等参数。

（2）创建封盖，形成一个密闭空间。

（3）设定边界条件，设置介质压力大小及方向。

（4）设置目标。

（5）运行。

（6）将结果导出到Simulation。

（7）新建Simulation应力分析。

（8）设置材料。

（9）设置自动查找相接触面组。

（10）夹具设置同球体静态分析。

（11）添加载荷，选择保存的流动效应。

流体模拟分析结果如图5所示。球体上轴孔位置应力集中，*大应力超过屈服强度；球面应力小，产生弹性变形，并且变形不均匀；水平球口位置变形量为0.01273~0.01281mm，上下位置变形量为0.00912~0.00974mm；阀座承受应力未超过屈服强度，同样产生弹性变形，密封面水平位置变形量为0.02218~0.02284mm，上下位置变形量为0.01991~0.02408mm；阀座弹性变形可以弥补球体的弹性变形以实现密封。

5保温夹套高温球阀密封优化改进方案 结语

本文采用有限元模拟分析和流体模拟分析法，分别对金属密封固定球阀的球体以及球体与阀座组件进行分析，由于参数设置不同，分析结果有细微差别，但是分析结果趋势一致。针对高低温工况下，由于弹性变形所导致的泄漏，可以通过本文的方法得到一定的分析验证，为优化设计和工艺提供参考该球阀由于采用了蒸汽夹套保温，故即使外界温度降到零度以下，此阀仍操作灵活，保证输油管首能启能闭。其优点是其它控制阀所没有的，是重油输送管道理想的控制阀门。