球阀主要用于管道系统中来分配、切断和改变介质流向。近年来,由于球阀的结构比较简单、密封性能好,在公称尺寸一样时,通过与其它阀门对比球阀所占据的体积小、质量轻、材料的损耗最小以及低扭矩、大流量的特点而被迅速发展。在阀门性能指标中密封性能尤其重要。对于固定硬密封球阀,其密封原理是球体的表面与阀座形成密封表面,从而使管道中的介质不能通过密封表面的密封状态。密封表面的密封效果取决于密封表面的质量、密封表面的宽度、密封表面的内外压力差、密封表面的比压、密封表面的材料、流体介质的性质、封表面上是否存在油脂等影响。在实际工况下球阀正常工作时,由于介质流体的压力和温度变化的影响,可能会发生不同程度的变形。如果变形的位置出现在密封表面,并且变形破坏了密封的必要条件,则密封将失效。对于硬密封球阀在使用过程中的泄漏和失效问题,本课题以优化硬密封球阀密封性能为主线,选取影响密封性能的因素以优化球阀主密封结构密封间隙值为目标。所以,本课题主要做了以下工作:1.介绍硬密封球阀的研究背景及意义,详细阐述了硬密封球阀的发展趋势和国内外研究现状,概述了密封原理、接触问题及有限元分析、密封泄漏模型的研究。最后论述了本课题的主要工作内容。2.通过对硬密封固定球阀阀座进行受力分析计算密封表面所受密封力,进一步推算出密封所需必需比压、理想粗糙和光滑密封表面的密封比压。3.以KCM某O型硬密封固定球阀进口端为研究对象,根据其原始参数建立主密封结构三维模型,通过接触问题非线性算法与ANSYS Workbench软件相结合对硬密封球阀主密封结构进行静力学仿真。分析硬密封球阀阀体及阀座的受力变形情况,判断是否存在泄漏的风险。4.选取压力角、密封宽度以及D_MP/D_JH影响硬密封球阀密封性能的三个因素,采用均匀试验设计对影响硬密封球阀密封性能因素进行权重敏感分析,提出均匀试验设计和Biharmonic样条插值两种优化硬密封球阀密封性能的方案,分别建立模型并加载分析,以优化硬密封球阀主密封结构密封面间隙值为目标,并从中对比进行数值模拟验证,选出较优的一种方案。