雙偏心金屬密封球閥的設(shè)計(jì)

2015-03-28 余得水 中鋁鄭州研究院

  介紹了雙偏心金屬密封球閥的結(jié)構(gòu)、工作原理,性能特點(diǎn),論述了偏心球體的設(shè)計(jì)方法。

1、概述

  球閥以結(jié)構(gòu)緊湊,流通面積大,直通式,中間無阻礙,流阻小和啟閉迅速等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于管路系統(tǒng),是目前工業(yè)上常用的閥門之一,但普通球閥的非金屬閥座材料使工作溫度受到了限制,一般不超過150℃。另外,球閥啟閉轉(zhuǎn)動扭矩大,操作沉重,密封副磨損較快,不能自動補(bǔ)償,容易造成泄漏,降低了使用壽命。新型雙偏心金屬密封球閥很好地解決了普通球閥存在的問題。

2、雙偏心金屬密封球閥的工作原理

  雙偏心金屬密封球閥( 圖1) 由閥體、閥座、閥桿、支軸、雙偏心球體和連接法蘭等零部件組成。球體的幾何形狀為對稱雙偏心( 偏心距e = e ) 球面。球體與其相對應(yīng)的閥座形成楔型結(jié)構(gòu)。閥門開啟時球體逆時針旋轉(zhuǎn),球體密封面與閥座脫離,互相不接觸,減少了摩擦。閥門關(guān)閉時,球體順時針旋轉(zhuǎn),應(yīng)用圓偏心楔緊原理,每個球面都與其相對應(yīng)的閥座形成楔緊狀態(tài),達(dá)到楔緊所需要的密封比壓。

  若一個密封面是液體迎著球面的密封副工作,另一個密封副則成為順流正向的工作密封副。由于作用在球體密封面上的壓力方向不同,密封正壓力總值也不同。逆向流體作用在閥座上的力是密封預(yù)緊力與承載壓力的值方向相反。順向流體作用在閥座上時,密封預(yù)緊力與承載壓力的值方向一致。流體壓力越大,承載密封能力越大。雙向偏心金屬密封球閥的最大特點(diǎn)是既可逆向承載密封壓力,又能順向承載密封壓力。當(dāng)逆向的密封壓力失效時,順流方向的承載力發(fā)揮作用,其承載能力可增加30%~60%,承載能力使閥體組件保證可靠的工作狀態(tài)。

雙偏心金屬密封球閥

圖1 雙偏心金屬密封球閥

3、偏心球體設(shè)計(jì)

  (1) 球體自鎖

  斜面機(jī)構(gòu)的自鎖條件是斜面螺旋升角α 小于偏心體與底面、偏心軸與孔壁間的摩擦角φ1與φ2之和( 圖2) ,即

自鎖原理

圖2 自鎖原理

  (2) 自鎖平衡力矩

  為使閥門在使用過程中實(shí)現(xiàn)自鎖,不會自行松動,需要滿足

雙偏心金屬密封球閥的設(shè)計(jì)

雙偏心金屬密封球閥的設(shè)計(jì)

  令摩擦系數(shù)μ1 = 0.1,且忽略偏心圓盤軸與孔壁間的摩擦力矩,取μ2 = 0,式(2) 簡化為e≤D/20。實(shí)際應(yīng)用中,考慮到系統(tǒng)中各部位的摩擦及閥座環(huán)口的非平面因素,取μ1 = 0.15,則e≤D/14。

4、性能

  (1) 閥門開啟過程中,球體能夠迅速脫離閥座,實(shí)現(xiàn)球體與閥座在無接觸情況下回轉(zhuǎn),開啟迅速、省力、操作扭矩小,摩擦力小,減少了密封副的磨損,使用壽命長。

  (2) 密封副經(jīng)過熱處理,表面硬度高,耐磨、耐高溫、抗沖蝕。

  (3) 楔緊工作副能夠刮掉密封面上的沉淀物和結(jié)垢,并能排除流體中的異物。

  (4) 閥門安裝時無方向限制,密封性能好,安全可靠,磨損后有自動補(bǔ)償功能。

5、結(jié)語

  雙偏心金屬密封球閥結(jié)構(gòu)簡單,啟閉無摩擦,密封性能好,真空技術(shù)網(wǎng)(http://203scouts.com/)認(rèn)為可廣泛應(yīng)用在金屬密封要求嚴(yán)格的工況中,實(shí)現(xiàn)零泄漏。當(dāng)用于高溫、高壓的熱力管網(wǎng)系統(tǒng)和石油、天然氣、管網(wǎng)系統(tǒng)中效果顯著,是一種比較理想的高性能球閥。