流体机械

参数	数值
弹性模量/MPa	252.186
泊松比	0.300
切线模量/MPa	96.995
初始屈服强度/MPa	1

参数	数值
弹性模量/MPa	252.186
泊松比	0.300
切线模量/MPa	96.995
初始屈服强度/MPa	1

组别	序号	e₁/mm	e₂/mm
初始组	0	0.1	0.1
对比组	1	0	0
2	0	0.1
3	0.1	0
4	0.2	0.2

组别	序号	e₁/mm	e₂/mm
初始组	0	0.1	0.1
对比组	1	0	0
2	0	0.1
3	0.1	0
4	0.2	0.2

高压氢气球阀内部流动特性及阀杆柔性石墨密封结构研究

偶国富 ¹ , 李志豪 ¹ , 金浩哲 ² , 陈凤官 ³ , 刘骁飞 ² , 陈贤洮 ³ , 梁春雷 ³ , 刘鹏 ⁴

流体机械 | 设计计算 2025,53(5): 30-39

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流体机械 |设计计算 2025 , 53 (5) : 30 -39

高压氢气球阀内部流动特性及阀杆柔性石墨密封结构研究

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偶国富¹, 李志豪¹, 金浩哲², 陈凤官³, 刘骁飞², 陈贤洮³, 梁春雷³, 刘鹏⁴

作者信息

¹常州大学流动腐蚀研究所，江苏常州 213164

²浙江理工大学流动腐蚀研究所，杭州 310018

³合肥通用机械研究院有限公司，合肥 230031

⁴宁夏特种设备检验检测研究院，银川 750010

通讯作者:

金浩哲（1982），男，教授，博士生导师，主要研究方向为过程装备流动腐蚀失效与智能控制，通信地址：310018浙江省杭州市钱塘区浙江理工大学机械工程学院，E-mail：haozhejin@zstu.edu.cn。

作者简介:

偶国富（1965），男，教授级高级工程师，博士生导师，主要从事复杂设备系统多相流动腐蚀预测，特种设备失效分析优化设计等工作，E-mail：ougf@163.com。

Study on internal flow characteristics and stem flexible graphite seal structure of high‑pressure hydrogen ball valves

Guofu OU¹, Zhihao LI¹, Haozhe JIN², Fengguan CHEN³, Xiaofei LIU², Xiantao CHEN³, Chunlei LIANG³, Peng LIU⁴

Affiliations

¹The Institute of Flow‑Induced Corrosion，Changzhou University，Changzhou 213164，China

²The Institute of Flow‑Induced Corrosion，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou 310018，China

³Hefei General Machinery Research Institute Co.，Ltd.，Hefei 230031，China

⁴Ningxia Special Equipment Inspection and Testing Institute，Yinchuan 750010，China

出版时间: 2025-05-30 doi: 10.3969/j.issn.1005-0329.2025.05.005

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摘要

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针对常用阀杆填料密封环及配合间隙设计方法无法满足高压球阀工况要求的问题，根据高压氢气球阀的结构与填料受力特征，对球阀内部流场特性及密封结构进行研究，考察了不同石墨填料高度、压缩率、摩擦系数、配合间隙对阀杆密封性能的影响规律。结果表明，阀门关闭过程中的最大流速发生在阀芯通道出口处，为32.4 m/s；填料环流固交界面处压力波动为13 700 Pa，流速在0~4 m/s范围内，对密封设计影响可以忽略，而压缩率、配合间隙对密封性能的影响则比较大。摩擦系数的增加可以有效提升接触压力，但会加剧密封环磨损。综合考虑，确定最优填料密封环尺寸为总高度20 mm、配合间隙0.1 mm、压缩率22%、摩擦系数0.1，搭建阀杆密封性能试验机，验证了该密封结构在常温和45 MPa高压下的密封性能（无泄漏），证实了设计的可靠性。研究结果可为高压球阀阀杆填料密封的设计提供参考。

关键词

柔性石墨密封圈 / 高压球阀 / Fluent滑移网格 / 阀杆密封性能

Abstract

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To address the inadequacy of conventional stem packing seal ring and clearance design methods for high‑pressure ball valves，this study investigates internal flow characteristics and sealing structures based on the configuration and mechanical behavior of high‑pressure hydrogen ball valve packings.The effects of graphite packing height，compression ratio，friction coefficient，and clearance on stem sealing performance were examined.Results show that during valve closure，the maximum flow velocity （32.4 m/s） occurs at the spool channel outlet.At the fluid‑solid interface of the packing ring，pressure fluctuation is 13 700 Pa with flow velocity ranging 0~4 m/s，negligible for sealing design，while compression ratio and clearance significantly impact sealing performance.Increased friction coefficient enhances contact pressure but accelerates seal ring wear.Optimized parameters were determined：total height 20 mm，clearance 0.1 mm，compression ratio 22%，friction coefficient 0.1.A stem sealing test rig verified leak‑free performance under room temperature and 45 MPa high pressure，confirming design reliability.This study provides reference for designing stem packing seals in high‑pressure ball valves.

Key words

flexible graphite seal ring / high‑pressure ball valve / fluent sliding mesh / stem sealing performance

引用本文

偶国富, 李志豪, 金浩哲, 陈凤官, 刘骁飞, 陈贤洮, 梁春雷, 刘鹏. 高压氢气球阀内部流动特性及阀杆柔性石墨密封结构研究. 流体机械, 2025 , 53 (5) : 30 -39 . DOI: 10.3969/j.issn.1005-0329.2025.05.005

Guofu OU, Zhihao LI, Haozhe JIN, Fengguan CHEN, Xiaofei LIU, Xiantao CHEN, Chunlei LIANG, Peng LIU. Study on internal flow characteristics and stem flexible graphite seal structure of high‑pressure hydrogen ball valves[J]. Fluid Machinery, 2025 , 53 (5) : 30 -39 . DOI: 10.3969/j.issn.1005-0329.2025.05.005

正文

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0　引言

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随着全球对清洁能源和可持续发展^［1-2］的重视，氢能汽车市场的迅速扩张，氢燃料汽车的数量随之增加，加氢站的建设数量也稳步增长。近年来，随着政策的推进，中国加氢站数量增加^［3-5］，然而，存在核心技术没有实现突破，关键设备主要依赖进口，加氢站建站成本较高，加氢站相关设备没有实现产业化等问题^［6］。在氢能源技术国产化进程中，高压切断球阀在加氢站的应用非常广泛，在35 MPa加注能力加氢站的核心设备上需设置便于及时切断气源的手动紧急切断阀^［7］，因此，其密封性能至关重要。但是，目前高压切断球阀密封性能并不稳定，高压填料密封仍有一些技术性难题待解决，以及设计理论待完善。柔性石墨具有压缩回弹性高、耐高温、摩擦系数小等优点，是一种良好的密封材料^［8-10］，更适合动态密封要求。对于柔性石墨填料环的阀杆密封性能，研究人员围绕填料的力学、结构、材料等开展了大量理论分析与试验研究，励行根等^［11］通过低压下阀杆往复运动试验，对石墨密封环的泄漏率、磨损量进行分析，讨论了轴向比压、密度、截面形状对密封寿命的影响，得出了V形截面密封环密封性能优于平口石墨环，推荐使用密度1.5 g/cm³左右；彭川桃等^［12］通过对不同截面组合的填料环进行密封性能试验，得出了交替式石墨填料环组合的密封性能最佳，且摩擦力最小。陈凤官、余宏兵等^［13-14］对阀杆密封结构的力学理论进行阐述，并对性能试验装置进行了优化，设计出可以精准加载预紧力、精准测量泄漏量等多种参数的回转式试验装置，具有较强的先进性。但是这些试验都基于低压试验，得出磨损量、泄漏量等随循环次数的一般规律，且没有定量分析不同填料结构适用的密封压力范围。

在密封性能的仿真方面，ZHAO等^［15］对柔性石墨环组合结构的高压密封特性进行有限元仿真，设计了50 MPa压力下的蝶形弹簧组合石墨填料自密封结构，但是忽略了压力渗透作用，可能导致自密封失效。鲁寨军等^［16］对高压容器的密封结构展开研究，使用有限元仿真方法分析了PTFE矩形密封圈的适配沟槽尺寸、密封圈高度及压缩率对密封性能的影响，总结出了30 MPa高压容器静态密封的设计参考，并通过压力渗透仿真验证了密封性能的可靠性。

综上，目前对高压工况下的阀杆密封结构设计缺乏参考依据，阀杆密封设计时对介质的流动研究较少，对于密封的设计仅采取工作压力的精确值进行静力学计算，没有考虑压力波动，忽视了开关过程流体流动变化对密封件的影响；研究球阀流动特性时，往往忽略了阀芯与阀体中间的阀腔部分，然而这部分介质正是阀门外漏的根源。因此，本文首先通过Fluent软件分析高压球阀常开到关闭过程中，流体固体交界面处介质的流动特性，排除压力波动的干扰；接着依据高压球阀阀杆密封结构的受力特征，建立矩形石墨填料环二维轴对称模型，采用双线性等向强化模型（BISO）描述柔性石墨材料的力学性能，使用有限元模拟分析填料环的高度、压缩率、摩擦系数、配合间隙对密封性能的影响规律，进而确定相关参数的合理取值范围；最后通过阀杆旋转循环试验对设计的密封结构进行45 MPa高压下密封性能试验验证。从而为高压阀门阀杆密封结构的设计提供参考。

1　几何结构与流场分析

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1.1　高压氢气球阀几何结构

高压氢气球阀因其高压工况的特点，阀门体积小、壁厚大、结构紧凑，金属零件全部由316L材质构成，其常见的结构如图1所示，由石墨填料密封环（简称填料环）、阀杆、阀体、填料压套、阀芯和阀座密封圈组成，填料环通常是方形截面或V形截面，多个组合安装在阀杆与阀体之间，通过填料压套在预紧载荷的作用下轴向压缩，在密封面间产生接触压力，阻止高压球阀内部气体通过间隙发生泄漏，内侧、下侧、外侧密封面3个密封面如图1所示。

球阀阀体尺寸为50 mm×50 mm×60 mm，容纳填料环的填料函内径D₁=10 mm，外径D₂=18 mm，选用方形填料，由于填料函宽度为4 mm，所以单个填料高度为4 mm。在35 MPa加注能力的加氢站系统，最大工作压力为45 MPa，介质为H₂。主要研究的结构参数为高度h与侧壁间隙e₁，e₂，其中，e₁为填料环与阀杆间隙，e₂为填料环与阀体间隙，e₁，e₂共同决定着填料环截面的实际尺寸，F为预紧力，P为氢气压力。

1.2　Fluent建模与网格独立性验证

在阀门进、出口设置长100 mm的管道，保证进口处形成充分发展的湍流，阀杆与阀体的配合间隙为0.1 mm，介质经过配合间隙到达流固交界面。由于阀芯与阀座的密封配合，当阀芯旋转0~18°时，介质仅流经阀芯通道；18°~87°时，流经阀腔；87°为开启到关闭的临界角度；90°时阀门完全关闭。

使用Fluent Meshing进行网格划分，基于实体结构获得全尺寸流体域，流体域网格为非结构性分块网格，图2示出了流体域及流固交界面，图3示出了球阀流体域网格划分，共划分为4个部分，转动流体域为阀芯等径球体减去阀芯部分，对阀芯通道及阀腔流体域网格进行加密处理，为表示转动时流体进入阀腔，对相应的流体域添加接触连接，连接方式为绑定。在进行网格无关性计算验证后，开展数值模拟计算。

1.3　数值求解方法

使用Ansys Fluent对球阀的内部流场进行求解。采用单相流模型滑移网格方法进行瞬态数值模拟，连续相为不可压缩流体。参考条件设置为45 MPa，参考位置为管道入口处，模型的入口出口边界条件采用压力入口，全开状态流速20 m/s的出入口压差为瞬态模拟的初始值，入口表压为6 750 Pa，出口压力为0，湍流强度为5%。基于球阀内流体的湍流状态，在满足雷诺系数的情况下，采用RNG k-ε湍流模型，湍流动能方程如下^［17］：

∂ (ρ k) ∂ t + ∂ (ρ k u i) ∂ x i = ∂ ∂ x i (a k μ e f f ∂ k ∂ x j) + G k + G b - ρ ε + S k

（1）

∂ (ρ ε) ∂ t + ∂ (ρ ε u i) ∂ x i = ∂ ∂ x i (a ε μ e f f ∂ ε ∂ x j) + C 1 ε ε k G k + C 3 ε G b - C 2 ε ρ ε 2 k + S ε

（2）

式中，ρ为流体密度；k为湍动能；t为时间；u_i为流速；α_k，α_ε为湍流反作用普朗特数；μ_eff为有效黏度，μ_eff=μ+μ_t；μ为动力黏度；μ_t为湍流黏度；G_k为由平均速度梯度产生的湍动能；G_b为由浮力产生的湍动能；ε为湍流耗散率；C₁_ɛ，C₂_ɛ，C₃_ɛ为经验常数；S_k，S_ε为源项。

基于实际流动状况，关闭过程旋转90°用时1 s，则转速n为0.25 r/s，由角速度

ω

=2πn，计算得到

ω

约为1.57 rad/s。设置旋转部分流体域为网格运动，旋转轴为Z轴，旋转角速度为1.57 rad/s。求解方法采用压力与速度耦合Coupled，离散方法中湍流动能、湍流耗散率和动量采用二阶迎风格式。

1.4　仿真结果与分析

1.4.1　阀门开关过程流动特性

氢气在管道与阀门内的流动状态为高压力、小压差的低速流动，关闭过程中部分时刻速度变化如图4所示。由图可知，关闭过程中，入口流通面积减小，先出现速度增大的现象，但是由于入口压力不变，随着开度减小，速度也减小。最大流动速度发生在阀芯旋转22.5°时阀芯通道出口处，达到32.4 m/s；阀芯旋转40.5°时，最大流速为28.3 m/s；阀芯旋转70.5°时，最大流速为14.6 m/s；直到阀门关闭，速度减小到0。由此可见，阀门内最大流动速度位置都在阀芯通道出口处，在旋转22.5°附近，并非产生在即将关闭时。

1.4.2　流体固体交界面压力速度分布

在阀门从常开到关闭的过程中，提取阀芯旋转18°~87°时的瞬时压力值及速度值（不含边界值），如图5所示。由图5（a）可知，交界面上压力先减小后慢慢增大，最后在关闭前减小；由图5（b）可知，交界面处流速较慢，在0~4 m/s范围内；在阀芯旋转30°~40°之间达到最大值，为3.51 m/s，由于流动不同位置的时间差，产生速度最大值与整体速度最大值不同步的现象。图5（c）示出旋转角为65°时压力分布云图，可以看出，在交界面上存在压差，用来驱动交界平面内的介质流动。综上所述，整个关闭过程在流固交界面产生了大约13 700 Pa压力差，这个数值相对于工作压力45 MPa较小。

2　密封结构仿真建模

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2.1　几何模型

使用Ansys Static Structural组件构建轴对称的有限元分析模型，数值模型和网格如图6所示，密封结构由阀杆、阀体、填料环等组成。根据柔性石墨环的力学特征，在有限元分析中，填料环的本构关系采用双线性等向强化模型进行描述。

2.2　材料参数

MATHAN等^［18］在研究石墨缠绕密封环的力学性能时，定义仿真中本构模型的材料泊松比为0.300，屈服强度为1 MPa，并通过试验验证了该参数的拟合效果。王强强^［19］在研究柔性石墨金属缠绕垫片的压缩回弹特性时，定义柔性石墨泊松比为0.01，屈服强度为1 MPa。所以对于柔性石墨材料的屈服强度，1 MPa的仿真误差较小。

王枭^［20］对不同泊松比、不同弹性模量表达式排列组合的参数数组，通过对比试验与仿真结果，得出了泊松比为0.3时误差最小，弹性模量工程经验式的计算结果与试验结果误差最小。采用与其类似的分析模型，使用工程经验式计算的相关材料参数见表1。

2.3　接触设置以及边界条件

在Ansys Static Structural中设置接触对：（1）填料环与阀杆之间的接触；（2）填料环与阀体之间的接触；（3）填料环与填料压套之间的接触；（4）填料压套与阀杆之间的接触；（5）填料压套与阀体之间的接触。其中，（1）~（3）接触类型设置为摩擦，摩擦因数μ取0.1^［21］，填料环表面为接触面，其他结构表面为目标面；（4）~（5）接触定义为无摩擦接触。打开大变形，非线性控制选项中的稳定性方法为常数控制，方法采用能量法。

模拟密封结构初始压缩及阀杆旋转过程，限制填料压套X方向位移量为0，Z轴的旋转角度为0，设置3个载荷步。为避免初始压缩幅值过大引起接触面与目标面间发生穿透，导致计算错误，第1步对填料压套下端面施加微小的位移量，范围为0~0.001 mm；第2步将填料压套的位移量从0.001 mm达到指定压缩率所需的位移量^［22］；第3步施加阀杆与填料环之间的旋转，旋转速度为1.57 rad/s。此外，在模拟介质压力渗透作用时增加分析步，压力渗透的起点在图2所示填料下侧流固交界面靠近阀杆的单元节点上，使用APDL语言中的“sfe”命令在接触单元上根据接触状态调整加载区域^［23］，完成介质压力的施加。

3　有限元仿真结果与分析

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3.1　压力波动对密封设计的影响

由第1节的研究结果可知，填料下侧介质压力存在13 700 Pa的差值，假设理想状态下，密封面上接触压力都大于介质压力，此时，介质不发生渗透，介质压力仅作用在图2中的流固交界面上。在第2节初始密封的基础上增加介质压力载荷步，在此条件下分析介质压力差值对填料压缩产生径向变形作用，以及接触面接触压力的影响。

初始密封后分别施加介质压力45 MPa和45 013 700 Pa，产生的最大径向变形量分别为0.099，0.110 2 mm，产生的最大接触压力分别为53.082 1，53.187 6 MPa；后者由于数值较大，对填料作用产生的径向变形量和最大接触压力也相对较大，但是径向变形量的差值仅占2.7‰，最大接触压力的差值也仅有1.9‰，由此可见，该压力差对填料环的作用影响极小，因此，排除了该压力差引起的密封设计影响，后续密封设计只需考虑最大工作压力，并设计一定的安全裕值即可。

3.2　填料环高度及压缩率对密封性能的影响

接触压力的大小反映了密封件的密封能力，填料环达到密封的必要条件是最大接触压力不小于介质压力^［24］，被密封流体的压力较大时，有效密封路径的长度增加，密封更加可靠。在设计密封结构时，还应兼顾等效应力，以防其过大引起密封件破裂或者永久变形。

采用控制变量法，对不同高度填料环进行计算，分析密封面的最大接触压力，如图7所示。随着填料环截面高宽比增大，下侧密封面最大接触压力远小于内外两侧，外侧密封面接触压力略微大于内侧；同一压缩率下最大接触压力随着填料高度增加而增大，增长较为缓慢；同一高度下最大接触压力随着压缩率增大而增大，增长较快速。

将密封面上最大接触压力与极限工作压力45 MPa进行对比筛选，压缩率为15%时，各高度填料环的接触压力远小于45 MPa；压缩率为22%时，16 mm高度的接触压力峰值为47.1 MPa，但是裕值较小，20，24 mm高度的接触压力峰值分别为51.28，58.32 MPa，这远大于密封介质压力；压缩率为25%时，各高度的填料环接触压力峰值远超密封介质压力。在设计阀杆填料密封时，考虑到压缩率越高，摩擦力越大，因此，压缩率过高不仅会引起阀杆转动扭矩增加，从而增大操作难度，还会加剧填料环的磨损，导致使用寿命降低，因此，需尽量避免预紧到最大压缩率，综合考虑316L材质阀体加工成本，优选较小的尺寸，最终选择填料环的高度为20 mm，使用5个填料组合安装，压缩率在22%~25%，即压缩量为4.4~5.0 mm，此时，密封性能可靠。

3.3　摩擦系数对密封性能的影响

对20 mm高度填料环在22%压缩率下，摩擦系数对接触性能的影响进行了分析，结果如图8所示。

压缩后填料上端面为-Y方向路径的起点，内外密封面上接触压力在密封路径上显示出近似线性递减的趋势，在端部骤减。密封路径的前半段，摩擦系数越大，接触压力越大；在-Y=7.8 mm时，接触压力相等；在密封路径的后半段，摩擦系数越大，接触压力反而越小。上述规律与ZHAO等^［14］研究结果一致，造成这种结果的原因是压紧过程中，压紧力来自顶部，上部分轴向压缩变形较大，后半段变形较小。

如图8（c）所示，下侧密封面上的接触压力分布，呈现出中间向两侧缓慢递减的趋势，接触压力接近对称分布；在下侧密封面上摩擦系数越大，接触压力越小。密封性能由路径上峰值接触压力决定，结合过大摩擦系数会加剧密封环的磨损，优选摩擦系数为0.10。

3.4　填料环内外配合间隙对密封性能的影响

为分析填料环与阀杆、阀体内外配合间隙对密封性能的影响，选用20 mm高度填料环、22%压缩率，设置了4组对比组，填料环内外配合间隙见表2。

计算结果如图9所示，同一压缩率下，配合间隙越小，径向挤压效果越好，接触压力越大；由于压缩过程填料环的向外径向变形速度更快，0.1 mm外侧间隙比0.1 mm内侧间隙密封性能更好；但是间隙太小会使等效应力过大，可能引起填料环破裂，同时为了满足安装条件，参考JB/T 6617—2016《阀门用柔性石墨填料环技术条件》，设计内外径配合间隙为0.1 mm。

4　密封性能验证

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综合上述分析结果，设计填料密封结构的尺寸为：总高度20 mm，压缩率22%，摩擦系数0.1，配合间隙0.1 mm。采用加载渗透压力模拟结合试验的方法对设计结构的密封性能进行验证。

4.1　密封性能仿真模拟

基于第2节的有限元模型设置，完成45 MPa介质压力渗透，施加氢气压力前、后的密封面接触压力分布如图10所示，从图10（b）可以看出，受氢压后较低接触压力区域的密封面分离，有效密封长度略微减少，最大接触压力为49.76 MPa，有所减小，但能满足45 MPa压力的密封要求，并留有约10%的裕值，这表明该设计在45 MPa介质压力下，密封性能良好。

4.2　密封性能试验

试验在自行搭建的高压阀杆密封性能试验机上进行，试验装置如图11所示，由氦气瓶组、加压系统、阀杆驱动控制系统、数据采集系统等组成，试验试件为模压成型的高纯度柔性石墨填料环，总高度为20 mm，单件尺寸为10.2 mm×17.8 mm×4 mm（内径×外径×高度），密度为1.6 g/cm³。

试验具体过程如下：首先，将装填进填料函的填料由螺栓紧固压缩至指定的压缩率；接着，控制加压系统充气增压达到设定值；随后，控制气动执行器驱动阀杆转动，真实地模拟阀的打开与闭合过程。若是出现气泡现象或监测系统的压力数值减小，表示泄漏；若是压力保持稳定、并且无泡沫则表示未泄漏。过程中观察泄漏情况，若发生泄漏，停止转动，卸压后装填新的填料；若无泄漏，继续进行保压下的寿命试验。对20%，22%两个不同压缩率下的填料按照GB/T 13927—2022《工业阀门压力试验》施加1.1倍最大工作压力，约为50 MPa，阀杆做90°往复循环运动，设置开关总用时2 s，转动间隔时间5 s。试验结果显示，压缩率20%时，出现大量气泡的泄漏现象，压力递减，随后趋于稳定，并且保持在41.5 MPa附近，这是由于此压缩率下的密封能力无法满足50 MPa的要求，所以阀门处的压力无法保持；在压缩率22%时，通过气泡法观察阀杆处未出现泄漏现象，继续循环测试至1 000次，由数据采集系统在阀门出口通过压力变送器采集阀内压力，在阀杆转动过程中，未出现压力衰减，压力数值稳定；并且对该结构进行15 min保压，依旧未出现压力数值衰减，综合压力渗透仿真和试验结果，表明该设计在45 MPa介质压力下密封性能可靠。

图12示出施加氢压前后等效应力的变化，由于介质压力的作用，填料环径向变形减少，等效应力也略微减小，整体分布均匀，并且由于阀体阀杆的固定作用，填料环不会产生较大变形，等效应力较小，密封环发生永久变形或者破裂的可能性不大，密封结构安全可靠。

5　结论

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（1）高压球阀内介质的流动为高压力、小压差的低速流动，阀门关闭过程中的最大流速发生在阀芯通道出口处，为32.4 m/s；在流固交界面上的流速较慢，为0~4 m/s；交界面上存在较大压力变化，差值为137 00 Pa，该差值对填料密封的作用影响极小；排除了过大流速变化、过大压差带来的影响，后续设计仅需考虑最大工作压力，并留有安全裕值即可。

（2）最大接触压力随着填料密封环的高度、压缩率、摩擦系数的增大而增大，但是过大压缩率一方面会引起过大等效应力，造成填料环永久变形或破裂；另一方面会造成径向压力增大，摩擦力增大，加剧填料环的磨损。摩擦系数的增大也会加剧填料环的磨损；适当的配合间隙可以减小等效应力，避免填料环发生破裂或永久变形；适当的填料高度可以使高压球阀结构更加紧凑，减少加工成本。

（3）针对所研究的高压氢气球阀阀杆密封结构，填料环在总高度h=20 mm、内径10.2 mm、外径17.8 mm、压缩率22%、摩擦系数0.1时，综合密封性能最佳，可满足最大工作压力45 MPa的工况要求。若要满足更高的压力条件，可适当提高压缩率、填料环高度及使用V形填料。

参考文献

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文献

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2025年第53卷第5期

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doi: 10.3969/j.issn.1005-0329.2025.05.005

接收时间：2024-09-01
首发时间：2026-10-20
出版时间：2025-05-30

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收稿日期：2024-09-01
修回日期：2025-02-16

基金

作者信息

¹常州大学流动腐蚀研究所，江苏常州 213164

²浙江理工大学流动腐蚀研究所，杭州 310018

³合肥通用机械研究院有限公司，合肥 230031

⁴宁夏特种设备检验检测研究院，银川 750010

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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