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摘要：本文介绍了闸阀阀座受外压作用的概念，并使用应力分析设计方法对闸阀阀座进行了应力强度校核。
关键词：闸阀；阀座；外压；应力分析
1 引言
闸阀是一种常用的截断阀，用来接通或截断管路中的介质，但不适于调节介质的流量。它的启闭件（阀瓣）在垂直于阀内通道中心线的平面作升降运动，像闸门一样截断介质，故称作闸阀。闸阀按其阀瓣结构形式可以分为楔式弹性闸板、楔式刚性单闸板、楔式刚性双闸板、平行刚性单闸板、平行双闸板等。
下面以楔式刚性双闸板为例，具体的介绍一下闸阀阀座受力情况。
2 闸阀阀座受力分析
双侧密封式闸阀是通过增强阀瓣对阀座的推力而实现的，接触压力应大于进口流体的压力。这种闸阀的缺点是，如果在冷态下闭合，后来进入热态，阀瓣就会出现膨胀，于是形成闭合位置卡紧，当再次开启阀门时就会遇到困难，这种情况就是俗称的“下炕”。良好状态的闸阀都是实现单侧密封。平行式闸阀也只能与出口位置的阀座实现单侧密封。标准的楔式阀瓣闸阀情况也一样，压力使进口侧阀瓣变形，流体流过进口侧阀瓣直至阀腔达到压力平衡。由此引出出口处阀座受介质外压作用而产生的强度问题。
图 1 实现单侧密封的阐阀
如图 1 所示，介质进入阀体中腔后，作用于出口侧（左侧）的阀瓣，在左侧阀座与阀瓣密封面处形成一个密封比压，阻止介质的流通。同时介质作用于阀体与左侧阀座之间的间隙，使左侧阀座外侧受到介质压力的作用。在对左侧阀座进行强度计算时，就是应对阀座受外压的状态进行分析，而使用规则设计的设计方法已经不能解决如此复杂的问题。在本文中采用分析设计的设计方法进行楔式双闸板阀座的强度校核。
通过对阀座的受力分析可知，阀座与阀体焊接处为固定约束，阀座外腔受到介质压力的作用，阀座密封面处受到阀瓣的密封比压的作用，详细的受力情况如图 2 所示。
图 2 阀座受力分析
把实体模型转入 ANSYS 中进行分析，选择砖型六面体单元 Solid45，输入材料的弹性模量和柏松比（如《表 1》所示），采用自由网格划分模型，默认求解器求解，得出阀座的应力云图和应变云图。
| 弹性模量（MPa） | 2.140e+006 |
|---|---|
| 柏松比 | 0.286 |
| 质量密度（Kg/mm2） | 7.86e-012 |
| 屈服拉伸强度（MPa） | 255 |
| 极限拉伸强度（MPa） | 470 |
由应力分析云图可知，阀座的最大应力出现在阀座内腔与阀座和阀体焊接连接处，阀座形状在该位置变化较为剧烈且存在尖角，应属于峰值应力，在该处选取应力评定线，按 JB4732-95 的应力分类原则（如《表 2》所示）对应力评定线上的应力进行分类，得出评定线上的薄膜应力和弯曲应力，分别与限定值进行比较，即可得出阀座的设计是否合理。
| 类别 | 符号 | 计算值 | 限制值 |
|---|---|---|---|
| 一次薄膜应力 | MEMBRANE | Pm | Sm |
| 一次薄膜+弯曲应力 | MEM+BEND | Pm+Pb | 1.5Sm |
3 结论
通过应力分析设计方法可以对闸阀阀座进行应力强度校核，同时可以得出阀座设计是否合理。