摘要 介紹了全焊接q341f.com/' target='_blank'>球閥的結(jié)構(gòu)特性和工作原理以及存在的問題，在此基礎(chǔ)上根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)對其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對優(yōu)化后閥門的閥座密封比壓、雙活塞效應(yīng)進(jìn)行了校核，計(jì)算結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)后閥門密封性能可靠。

01 概述

球閥作為集輸裝置的重要設(shè)備，其市場容量大，前景廣闊。由于全焊接球閥無外泄漏、整體剛度好、可埋地、耐高溫、高壓、耐腐蝕強(qiáng)和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，全焊接球閥已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、制藥、食品、輕工等行業(yè)油、氣、化工等管道輸送。本文在介紹該閥門結(jié)構(gòu)及原理的基礎(chǔ)上根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)對其進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。

02 結(jié)構(gòu)特性和工作原理

全焊接球閥主要由左右體、中體、球體、閥桿、支承圈、三角形閥座等組成（圖１）。閥門主體部件均用鍛鋼鍛造而成，為防止腐蝕并保證閥門密封，在球體、閥桿、支承閥、中體上法蘭表面進(jìn)行了鍍鋅處理。閥門采用執(zhí)行器的通過球體轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行開啟和關(guān)閉輸送介質(zhì)，全焊接球閥結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。

圖１ 全焊接球閥

閥門雙活塞閥座密封結(jié)構(gòu)裝置工作原理，在支承圈和座體之間依次設(shè)置的2道O形圈構(gòu)成的閥座密封裝置。螺旋彈簧的預(yù)緊力推動(dòng)支承圈、2道O形圈和螺旋彈簧構(gòu)成了雙活塞閥座密封結(jié)構(gòu)裝置，在無介質(zhì)壓力的初始狀態(tài)下，由螺旋彈簧提供預(yù)緊力，將推向2道O形圈，使其壓縮后形成初始密封，實(shí)現(xiàn)了左右體與閥座支承圈密封組件的初始密封。螺旋彈簧的預(yù)緊力同樣傳遞給三角形閥座，使三角形閥座壓緊球體，實(shí)現(xiàn)了球體與三角形閥座之間的初始密封，從而實(shí)現(xiàn)了球體和左右體密封組件的初始密封。

當(dāng)有介質(zhì)通過時(shí)，閥門主流道口進(jìn)入閥體，由于介質(zhì)的壓力對支承圈、2道O形圈的作用形成推力，進(jìn)一步壓縮支承圈和2道O形圈，并使三角形閥座緊密貼緊球體，形成工作狀態(tài)下的密封，從而實(shí)現(xiàn)了球體和左右體工作狀態(tài)下的密封。

03 優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1存在問題

（１）閥門的好壞，主要取決于閥座密封裝置密封性能的好壞進(jìn)口氣動(dòng)高壓焊接球閥，當(dāng)閥門長時(shí)間輸送介質(zhì)，介質(zhì)中的顆粒、沙、塵、管道存在鐵銹和腐蝕性強(qiáng)的雜質(zhì)等，堆積并附著在球體表面，當(dāng)開啟和關(guān)閉閥門時(shí)，容易劃傷損壞球體金屬和角形閥座密封面，導(dǎo)致閥門產(chǎn)生泄漏，甚至導(dǎo)致閥門卡死，無法正常運(yùn)行。

（２）隨著閥門開啟和關(guān)閉的次數(shù)增多，三角形閥座磨損嚴(yán)重，造成密封失效，產(chǎn)生輸送介質(zhì)泄漏。

3.2 改進(jìn)措施

在保持改進(jìn)前（圖２）閥門雙活塞閥座密封結(jié)構(gòu)裝置與原理不變的基礎(chǔ)上，針對上述存在的問題對該閥門的密封裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高該閥門的密封性能和可靠性能，減少閥門的泄漏發(fā)生，提高閥門的使用壽命。優(yōu)化后的閥門雙活塞閥座多重密封結(jié)構(gòu)裝置如圖３所示。

圖２ 雙活塞閥座密封結(jié)構(gòu)（改進(jìn)前）

圖３ 雙活塞閥座多重密封結(jié)構(gòu)（改進(jìn)后）

04 優(yōu)化設(shè)計(jì)后閥門校核

閥座密封結(jié)構(gòu)為金屬與非金屬的軟硬復(fù)合密封（圖４）。閥座組件在螺旋彈簧作用力下達(dá)成非金屬初始密封，在介質(zhì)壓力逐漸加大過程中，閥座支承圈與球體形成金屬對金屬的硬密封結(jié)構(gòu)，在高壓下保護(hù)非金屬密封環(huán)不被壓壞，閥座密封環(huán)具有類似O形圈的自緊密封性質(zhì)。閥座密封環(huán)外的壓環(huán)防止了其被擠出，故只對初始密封比壓進(jìn)行計(jì)算。

對增加保護(hù)圈后閥門開啟和關(guān)閉時(shí)，閥座密封比壓、雙活塞效應(yīng)情況校核。

4.1 初始密封比壓校核

根據(jù)全焊接閥門的實(shí)際尺寸（12'-600Lb）， 取螺旋彈簧總推力F=3.5kN由設(shè)計(jì)給定，閥座密封面外徑DMW=324.45mm；閥座密封面內(nèi)徑DMN=320.5mm；密封面材料選用聚四氟乙烯（RPTFE），選用最小初始密封比壓qM≥1.2MPa，可得出閥門由關(guān)閉狀態(tài)打開時(shí)的初始密封比壓qSC=1.75MPa＞qM=1.2MPa，校核為合格，閥門可以正常打開。

4.2 閥門密封雙活塞效應(yīng)校核

閥座密封面外徑DMW=324.45mm，閥座密封面內(nèi)徑DMN=320.5mm，介質(zhì)壓力P=10.21MPa，螺旋彈簧總推力F=3.5kN，閥座支承圈受壓內(nèi)直徑DJN=317.2mm，其數(shù)據(jù)均由設(shè)計(jì)給定，計(jì)算得出QF=40.83kN。

05 結(jié)語

針對全焊接球閥在使用過程中出現(xiàn)的一些問題，從材料選用、生產(chǎn)工藝、密封結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面對閥門進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)校核，本優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)的閥門解決在使用過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，產(chǎn)品已經(jīng)在工況現(xiàn)場得到實(shí)際應(yīng)用，其質(zhì)量穩(wěn)定，密封性能可靠，減少了閥門的內(nèi)漏進(jìn)口氣動(dòng)高壓焊接球閥，提高了閥門的使用壽命，值得廣泛推廣和應(yīng)用。

下期論文：閥門內(nèi)流場可視化試驗(yàn)的研究

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