2025届 华霆锋 《偏心球阀弹性阀座密封面的应力腐蚀机理及评估方法研究》

偏心球阀主要通过偏心阀球与弹性阀座相互挤压产生密封力，实现可靠密封，具有密封等级高、密封面精研难度低等优点，广泛应用于核电机组、化工系统和油气开采平台。然而，当偏心球阀处于腐蚀介质作用下时，易发生应力腐蚀，进而诱发泄漏事故。因此，对偏心球阀的弹性阀座密封面开展应力腐蚀机理研究，掌握由于应力腐蚀导致的缺陷的时序演变规律，构建应力腐蚀危害性评估方法，为偏心球阀设计和维修提供重要技术支撑。

本文聚焦偏心球阀的弹性阀座，开展了其密封面的应力腐蚀机理及危害性评估方法研究，主要研究内容如下：

（1）采用粗糙表面重构方法，建立了偏心球阀弹性阀座密封面的粗糙表面模型，通过接触分析，获取了间隙高度与密封力的关联关系，从接触变形后的粗糙表面模型中抽取泄漏通道模型，获得了泄漏率与间隙高度的关联关系，以间隙高度为中间量，获得了无应力腐蚀缺陷条件下基于密封力的泄漏率计算公式。通过与典型介质压差下试验数据进行对比，验证了计算公式的准确性。

（2）基于Gutman提出的机械-电化学协同理论，开展了偏心球阀弹性阀座密封面的应力腐蚀机理研究，建立了应力腐蚀稳态数值计算模型，分析了密封力对密封面应力腐蚀速率、阳极电流密度、腐蚀电位等的影响规律；引入法向移动速率，开展了应力腐蚀瞬态数值计算，获得阀座密封面应力腐蚀缺陷随时间扩展的数据集，探究了不同初始条件下应力腐蚀缺陷的演变规律。

（3）构建了弹性阀座密封面含缺陷的偏心球阀泄漏模型，获取了缺陷尺寸与缺陷引起的泄漏率的关联关系。缺陷引起的泄漏率叠加无应力腐蚀缺陷条件下的泄漏率，获得了偏心球阀总泄漏率计算公式，基于最大允许泄漏率阈值确定临界尺寸。基于应力腐蚀仿真数据，采用熵权法量化各影响因素的权重系数，构建了缺陷危害性评价体系，并通过多项式回归建立了应力腐蚀缺陷时变演化模型，推导了剩余寿命预测公式。基于危害性评分与剩余寿命构建了风险矩阵，将弹性阀座密封面的应力腐蚀风险划分为高、中、低三级，据此提出了分级维修策略。