隔离阀密封副密封特性及其泄漏率的研究

摘要

隔离阀是使用最为广泛的一种截断类阀门，在石油化工以及核电站中承担着重要的作用。作为核电站安全壳的重要部件，隔离阀完成了介质的运输，调节，截断等功能，其密封性能对核电站的安全运行有着重大的影响。垫片作为隔离阀密封副最为重要的部件之一，其密封机理和密封特性是需要重点研究的。研究隔离阀密封副的密封特性以及对泄漏率的影响规律，具有指导密封副设计和元件选择的重要意义，提高了隔离阀密封副的密封性能。
　　本文基于Roth模型理论建立了密封副密封表面的泄漏模型，并进行理论分析，得到了分子流态和粘滞流态下密封结构的泄漏率理论计算公式，计算了平面密封，锥面密封以及平面双密封圈结构的泄漏率，得出了最佳密封宽度，和实验测量值进行比较，验证了方法的正确性。分析了密封压差和密封宽度对泄漏率的影响，比较了这三种密封结构的密封性能。
　　采用Gauss分布理论建立密封表面随机粗糙模型，粘滞流态下进行了CFD流动数值模拟，分析了密封间隙，表面粗糙度等特征参数对泄漏率的影响，模拟结果表明泄漏率与密封间隙成指数的相关关系。同时，导出了隔离阀密封副的泄漏率模型，结果表明泄漏率与密封面接触压力成指数的相关关系，并分析了模型应用的局限性。
　　本文针对隔离阀密封副密封性能的研究，可以作为阀门密封副设计的理论依据，并可以作为密封泄漏检测的预估和参考。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文主要研究内容

2 密封结构理论模型的研究方法

2.1 垫片密封结构与泄漏机理

2.2 隔离阀的密封泄漏机理

2.3 气体的运动状态

2.4 计算流体动力学方法

2.5 密封泄漏模型的研究方法

2.6 本章小结

3 密封结构的泄漏率理论分析计算

3.1 基于Roth模型的泄漏率计算方法

3.2 平面单密封结构的泄漏率计算

3.3 锥面密封结构的泄漏率计算

3.4 平面双密封结构分析

3.5 本章小结

4 密封接触表面泄漏率的数值模拟

4.1 Gauss粗糙随机表面的构造方法

4.2 模型建立

4.3 控制方程

4.4 计算区域

4.5 模拟结果分析

4.6 隔离阀密封副的泄漏率

4.7 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献