目前，煙草行業中制膨脹煙絲多數使用愛爾科方法即CO2膨脹煙絲加工工藝，該工藝有膨脹率高、填充值高等特點。為了滿足工藝所需，在CO2回收系統中高壓回收罐T10上第一次減壓閥10-08主要采用自動q341f.com/' target='_blank'>球閥。其密封結構采用兩個獨立的閥座，由閥座與閥體之間采用的金屬材料與配上一定的閥座與閥球間隙配合而產生閥的密封。按理論分析，其有良好的密封能力，能有效的關閉與打開CO2氣體與控制調節閥自動開關。但在實際工作中，閥門內經常出現結冰堵塞現象，造成閥門內泄，使維修頻繁；嚴重時磨損球體與閥座，影響正常生產，造成停產。車間的1個進口閥，使用一周后出現上述問題，說明此結構的閥不適合在該位置使用必須改制。

一、球閥的原理及結構特點

球閥是指以球體為關閉件的閥門，是上世紀五十年代問世的一種新型閥門，具有流體阻力小結構簡單密封可靠操作維修方便等優點。球閥以球體作為關閉件的閥門。球閥主要由閥體、閥座、球體、閥桿、手柄（或其它驅動裝置）組成。其主要結構如圖1所示。球閥的主要功能是切斷或接通管道中的流體通道，即球閥通常為閉路閥。因此，球閥的作用原理很簡單：藉助手柄或其它驅動裝置在閥桿上端施加一定的轉矩并傳遞給球體，使它旋轉90°（特殊球閥結構例外），球體的通孔則與閥體通道中心線重合或垂直。球閥便完成了全開或全關的動怍。常用的球閥結構可分為浮動球球閥與固定球球閥兩大類。浮動球球閥的球體自由支承在閥座上。車間中10—08位置上的球閥是浮動球球閥。

二、球閥的密封性能

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1 閥體 2 球體 3 密封座 4 閥桿 5 填料壓蓋

圖1 浮動式球閥的基本結構

在球閥的使用性能中強制密封球閥，密封性是其主要指標之一。從圖1可見，球閥的密封結構主要由三部分組成，其一為主、副閥體間的密封，由密封調整墊片實現；其二為主閥體與閥桿間的密封，

由標準“V”形填料或O形密封圈實現，組成球閥的外密封結構。其三為球體與主、副閥體間的密封，由密封座實現，組成球閥的主密封結構。主密封結構的密封性影響球閥的工作性能，是球閥設計和制造中關鍵的密封結構。

三、工況分析與現狀研究

1140線10-08閥原先采用金屬整體球與金屬閥座密封副。由于球體與閥座在密封時需相互貼緊。但是貼緊后，金屬與金屬之間又會咬死，球體旋轉時扭矩增大。若強制旋轉球體，密封面間會拉傷，所以閥門密封也就失效。另外，在實際工作中，因CO2回收氣體中含有一定的空氣，該空氣中有一定水分（車間內相對濕度在45%~60%左右），另外V23浸漬器內煙末也隨CO2回收氣體流動。而CO2氣體在流動時，溫度達到-8℃左右，水分會結成冰珠，繼而形成冰塊卡死球體，造成泄漏。由于硬密封在實際生產運用中的矛盾無法解決，考慮到五十年代后，高分子合成材料在工業中的普遍使用，現將球閥的閥座改用聚四氟乙烯。這樣的改進還考慮到非金屬與金屬的導冷系數不同強制密封球閥，冰塊不易凝結在非金屬閥座上。

四、球閥主密封結構分析與改進措施

在確立以球閥軟密封形式替代硬密封之后，接著就軟密封主密封的機理與結構作進一步研究。

常見的球閥主密封結構的軟密封形式有剛性密封座、帶彈性元件的密封座、聚四氟乙烯唇式密封座和彈性脹圈與聚四氟乙烯唇式密封座組成的組合型密封座等形式。唇式密封座具有的唇形結構，使其具有較好的彈性，在使用中可保證密封面的預壓縮量并可對密封面的預壓縮量進行補償而優于剛性結構。但使用中發現，聚四氟乙烯的彈塑性變形能力及在溫度變化條件下的穩定性仍不十分理想，且具有較大的冷流趨向；同時，由于球閥的使用壓力變化范圍較大，因此，采用聚四氟乙烯作為密封材料制成的唇式密封座，在較低壓力條件下或長期使用中仍易產生泄漏。解決這一問題的方式為采用彈性脹圈與聚四氟乙烯唇式密封座組成的組合型密封座，它可依靠金屬材料彈性脹圈良好的彈塑性變形能力，增強其整體的彈塑性變形能力和補償能力，提高球閥的密封能力。

1、球閥密封條件

要保證球閥達到規定的密封要求，須借助介質的壓力推動球體（浮動式球閥）或密封座（固定式球閥）產生微小位移，使密封座表面產生一定的彈塑性變形，形成必要的密封比壓。密封比壓過高將會導致密封座所受比壓超過材料的許用比壓而損壞，使密封失效，還會導致操作力矩升高而影響動作性能；過低則會使密封座表面的彈塑性變形量不足以補償球體的加工誤差，導致主密封不能達到規定的密封要求。球閥的密封條件為：

qMF

式中：

qMF——保證密封所必須的密封面比壓；

q——密封面的許用比壓；

[q]——計算的實際比壓。

2、浮動式球閥的密封機理

如圖1所示，由于球體下端無固定支承，浮動式球閥關閉時，在介質壓力作用下，球體將產生一定的浮動量（位移）離開入口端密封座而壓緊在出口端密封座上，使介質在出口端密封座受到阻截。即浮動式球閥實際上只有出口端密封座發揮密封作用，而入口端密封座與球體間保持一很小的浮動間隙。

3、密封座的預壓縮考慮

為了保證球閥在介質工作壓力較低時的密封性，球體和密封座間必須形成一定的預緊比壓。在剛性密封座中，球閥工作的可靠性和使用壽命；夾于正確選擇密封座的預壓縮量。預壓縮量不足，不能保證球閥的低壓密封性：預壓縮量過大，會導致球體與密封座間的摩擦力矩增加，影響球閥的動作性能；并可能引起密封座的塑性變形，導致密封失效。對于聚四氟乙烯密封座，其預緊比壓一般應為0.1PN，且不小于1.02MPa。剛性密封座預壓縮量的調整靠改變密封調整墊片的厚度實現，密封調整墊片加工的誤差會影響調整的效果：合理的裝配與調整是獲得良好密封性的關鍵。在使用中，密封座磨損后，預緊比壓的自動調節能力很差，因此剛性密封座結構球閥的使用壽命相對較短。解決問題的途徑之一是采用帶彈性元件的密封座。此時，預壓縮量的獲得與調整不再依靠密封調整墊片而由彈性元件來實現。帶彈性元件的密封座除可獲得必要的預壓縮量外，還可在彈性元件的彈性變形范圍內對預緊比壓進行補償，因此，球閥的使用壽命相對較長。

4、帶彈性元件的密封座結構

圖2所示為彈性脹圈和聚四氟乙烯唇式密封座的組合型密封座。彈性脹圈的材料可選擇1Cr18Ni9Ti或1Cr18Ni9，以達到與強腐蝕性介質相客。圖3為彈性脹圈的結構形式。圖4.為聚四氟乙烯唇式密封座的結構形式。從圖3、圖4可看出，聚四氟乙烯唇式密封座唇口的設計角度為30°。而彈性脹圈唇A的角度為34°。在介質壓力下，彈性脹圈的彈性力可補償單一聚四氟乙烯材料密封座彈塑性變形能力不足的缺點，提高了球閥密封的可靠性和使用壽命。在介質壓力較低的情況下，由于彈性脹圈唇口和聚四氟乙烯唇式密封座唇口存在角度差以及金屬脹圈較強的彈塑性變形能力，使聚四氟乙烯唇式密封座在彈性脹圈彈性力的作用下形成外張傾向，向球體壓緊，產生預壓縮力，補償介質壓力降低導致的密封比壓不足。只要處于彈性脹圈的彈性力范圍內，即可保證球閥在較低壓力條件下的可靠密封。

5、改進措施

將10－08閥在原先的雙向非金屬密封上進行改制，以彈性脹圈和聚四氟乙烯唇式密封座的組合型密封座形式替代原金屬密封座。同時，將右閥座與左閥座與球體構成密封副并增大原來的球與閥密封座之間的間隙從原來的10絲改成25絲。在關閉閥門的由氣體向推向球體與塑料閥座底端的彈性墊與推力的共同作用，使球緊貼單面閥座使其達到密封。這樣在生產中就不會造成閥體結冰從而保障生產。

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1 彈性脹圈 2 聚四氟乙烯唇式密封座

圖2 采用彈性脹圈的組合型唇式密封座

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圖3 彈性脹圈結構密封座結構圖

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圖4 聚四氟乙烯唇式密封座的結構圖

五、結論

綜上所述，解決球閥密封性的關鍵在于密封座的結構形式和密封座材料的選擇。根據不同的結構和使用要求，合理選擇密封座的結構形式，保證密封座良好的加工工藝性：選擇性能優良、適應使用要求的密封材料，滿足球閥密封性要求，提高球閥工作的可靠性和使用壽命，是球閥改進設計中應重點考慮的問題。

車間將10－8閥進行了相關改制后，使用了20個月仍運行良好，保障了車間生產，同時對車間提質降本也有重大意義。基于我國引進的1140線生產線上的10－08位置球閥都有該問題，因此該改進有進一步推廣的價值。

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