【摘要】本文通過分析現有高溫高壓自密封結構的優缺點，闡述了一種新型自密封結構的設計方法及數據計算。

　　一、前言

　　隨著國民經濟的快速發展，帶動電站行業及的發展，這就對電站行業所需要的閥門產品的要求提出了進一步提高的要求。主要表現在閥門使用的溫度、壓力要求更高，閥門口徑增大方面。對于高溫高壓的大口徑閥門，其自密封結構非常重要，針對目前常用的自密封結構，本文闡述一種新型自密封結構。

　　二、分析

　　目前，電站閥常用的自密封結構有楔形墊組合密封，和楔形墊片密封兩種結構，如圖1和圖2所示。一般來說，大口徑閥門采用組合式楔形墊結構，小口徑采用楔形墊結構。

1 閥體 2 閥蓋 3 楔形墊 4 壓環 5 四開環 6 支承環 7 預緊螺栓

1 閥體 2 閥蓋 3 楔形墊 4 支架

　　這兩種結構形式的工作原理基本上是相同的，都是把楔形墊放置在浮動頂蓋和圓筒體端部之間，利用螺栓產生的預緊力而形成初始比壓。當介質壓力作用時，浮動頂蓋受壓力作用向上壓縮楔形墊，從而達到自緊密封。

　　當管道介質壓力由底向高變化時，此類閥門要始終保持密封，必須滿足兩個條件：一是要通過預緊螺栓產生一定的初始比壓;二是在高壓時，密封面不被高壓壓潰。為了滿足這兩個條件，設計楔形墊時就要考慮其材料既要滿足低壓時的塑性變形，又要有足夠的強度來避免高壓時因密封力過大而壓潰密封面。為了解決這一矛盾，現通常作法是將強度高的材料表面鍍一層軟質鍍層或涂覆層。

　　通過分析，可以發現現有的楔形墊密封結構存在以下缺點：零件加工精度高，裝配要求高;鍍層或涂覆層使成本加大，且由于鍍層或涂鍍層在高溫時存在剝落可能，低壓時密封不可靠。

　　三、設計

　　針對現在自密封結構的不足，設計以下雙密封圈的自密封結構(如圖3所示)。

1 閥體 2 軟密封圈 3 硬密封圈 4 閥蓋 5 壓環 6 四開環

　　這種密封結構的主要特點是把原來的楔形墊分成由軟密封圈和彈性硬密封圈組成的雙密封結構。下面是柔性石墨或用柔性石墨編織填料壓制成的軟密封圈，上面是由OCr18Ni9或其他奧氏體鋼支撐的彈性密封圈，如圖4所示。設計時注意事項如下。

　　(1)軟密封圈用柔性石墨或用柔性石墨編織填料壓制而成，圖中所示尺寸為壓制后的尺寸。考慮到材料的壓縮量及回彈量較大，H尺寸可以適當放大。

　　(2)金屬密封圈由于是彈性設計，故在設計過程中尺寸D1=D-(1~1.5)，還要注意角度5°的設置。視H1的大小，在外圓上適當設計槽的數量和大小，以增加彈性。

　　(3)軟密封圈斜角為30°，彈性金屬密封圈斜角為32°。在金屬密封圈開始密封時，保證金屬密封圈上口首先密封。從而使金屬密封圈具有彈性。

　　這樣的設計不但具有現有楔形墊密封結構的優點，而且可以成功彌補現有常用楔形墊密封的缺點，其優點具體分析如下。

　　(1)因為雙密封結構有軟密封存在，故其所需的螺栓預緊力要小許多，初始密封比壓小，在低壓情況下容易密封。設計時可以適當減小預緊螺栓，減少閥門成本。

　　(2)由于柔性石墨的壓縮率遠遠大于金屬材料，而且柔性石墨的膨脹系數(在20~600℃時，其值為1.5~4.65X16-6/℃)又遠小于金屬材料(0Cr18Ni9在20~600℃時，其值為17.9X16-6/℃)。當壓力和溫度逐漸升高時，彈性金屬密封圈開始受力密封，而此時軟密封圈已受力很小。這樣既保證高溫高壓情況下密封，又能避免軟密封圈不被壓潰。

　　(3)由于所需的初始密封比壓靠柔性石墨來密封，故彈性金屬密封圈、浮動閥蓋及圓筒體端部的加工精度可以降低。而且金屬密封圈不用鍍層或涂鍍層，也可以降低成本。

　　(4)這種結構對頂蓋安裝誤差要求不高，所以裝配難度大大降低。

　　(5)由于是軟硬雙層密封圈密封，故在溫度、壓力產生波動的情況下也能實現可靠密封。

　　四、計算

　　(1)預緊狀態時，軟密封圈楔形墊的軸向分力，即預緊螺栓的載荷計算：

　　五、結語

　　自密封結構閥門設計的關鍵在于把普通楔形墊改成雙密封圈的楔式結構。低壓時靠柔性石墨或柔性石墨編制材料的軟密封圈來實現可靠密封，高壓時，靠彈性金屬密封圈來實現可靠密封。這樣不但彌補了現有自密封結構的缺陷，而且可以降低成本。特別適用于大口徑、高溫高壓的電站閥門。是一種很有應用價值的自密封結構。

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