目前，煙草行業(yè)中制膨脹煙絲多數(shù)使用愛(ài)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(diǎn)。為了滿足工藝所需，在CO2回收系統(tǒng)中高壓回收罐T10上第一次減壓閥10-08主要采用自動(dòng)q341f.com/' target='_blank'>球閥。其密封結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)獨(dú)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(chǎn)生閥的密封。按理論分析，其有良好的密封能力，能有效的關(guān)閉與打開(kāi)CO2氣體與控制調(diào)節(jié)閥自動(dòng)開(kāi)關(guān)。但在實(shí)際工作中，閥門(mén)內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)冰堵塞現(xiàn)象，造成閥門(mén)內(nèi)泄，使維修頻繁；嚴(yán)重時(shí)磨損球體與閥座，影響正常生產(chǎn)，造成停產(chǎn)。車(chē)間的1個(gè)進(jìn)口閥，使用一周后出現(xiàn)上述問(wèn)題，說(shuō)明此結(jié)構(gòu)的閥不適合在該位置使用必須改制。

一、球閥的原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

球閥是指以球體為關(guān)閉件的閥門(mén)，是上世紀(jì)五十年代問(wèn)世的一種新型閥門(mén)，具有流體阻力小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單密封可靠操作維修方便等優(yōu)點(diǎn)。球閥以球體作為關(guān)閉件的閥門(mén)。球閥主要由閥體、閥座、球體、閥桿、手柄（或其它驅(qū)動(dòng)裝置）組成。其主要結(jié)構(gòu)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(jiǎn)單：藉助手柄或其它驅(qū)動(dòng)裝置在閥桿上端施加一定的轉(zhuǎn)矩并傳遞給球體，使它旋轉(zhuǎn)90°（特殊球閥結(jié)構(gòu)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(kāi)或全關(guān)的動(dòng)怍。常用的球閥結(jié)構(gòu)可分為浮動(dòng)球球閥與固定球球閥兩大類。浮動(dòng)球球閥的球體自由支承在閥座上。車(chē)間中10—08位置上的球閥是浮動(dòng)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(dòng)式球閥的基本結(jié)構(gòu)

在球閥的使用性能中強(qiáng)制密封球閥，密封性是其主要指標(biāo)之一。從圖1可見(jiàn)，球閥的密封結(jié)構(gòu)主要由三部分組成，其一為主、副閥體間的密封，由密封調(diào)整墊片實(shí)現(xiàn)；其二為主閥體與閥桿間的密封，

由標(biāo)準(zhǔn)“V”形填料或O形密封圈實(shí)現(xiàn)，組成球閥的外密封結(jié)構(gòu)。其三為球體與主、副閥體間的密封，由密封座實(shí)現(xiàn)，組成球閥的主密封結(jié)構(gòu)。主密封結(jié)構(gòu)的密封性影響球閥的工作性能，是球閥設(shè)計(jì)和制造中關(guān)鍵的密封結(jié)構(gòu)。

三、工況分析與現(xiàn)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(shí)需相互貼緊。但是貼緊后，金屬與金屬之間又會(huì)咬死，球體旋轉(zhuǎn)時(shí)扭矩增大。若強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)球體，密封面間會(huì)拉傷，所以閥門(mén)密封也就失效。另外，在實(shí)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(chē)間內(nèi)相對(duì)濕度在45%~60%左右），另外V23浸漬器內(nèi)煙末也隨CO2回收氣體流動(dòng)。而CO2氣體在流動(dòng)時(shí)，溫度達(dá)到-8℃左右，水分會(huì)結(jié)成冰珠，繼而形成冰塊卡死球體，造成泄漏。由于硬密封在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中的矛盾無(wú)法解決，考慮到五十年代后，高分子合成材料在工業(yè)中的普遍使用，現(xiàn)將球閥的閥座改用聚四氟乙烯。這樣的改進(jìn)還考慮到非金屬與金屬的導(dǎo)冷系數(shù)不同強(qiáng)制密封球閥，冰塊不易凝結(jié)在非金屬閥座上。

四、球閥主密封結(jié)構(gòu)分析與改進(jìn)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(jī)理與結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步研究。

常見(jiàn)的球閥主密封結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，使其具有較好的彈性，在使用中可保證密封面的預(yù)壓縮量并可對(duì)密封面的預(yù)壓縮量進(jìn)行補(bǔ)償而優(yōu)于剛性結(jié)構(gòu)。但使用中發(fā)現(xiàn)，聚四氟乙烯的彈塑性變形能力及在溫度變化條件下的穩(wěn)定性仍不十分理想，且具有較大的冷流趨向；同時(shí)，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(zhǎng)期使用中仍易產(chǎn)生泄漏。解決這一問(wèn)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(qiáng)其整體的彈塑性變形能力和補(bǔ)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(dá)到規(guī)定的密封要求，須借助介質(zhì)的壓力推動(dòng)球體（浮動(dòng)式球閥）或密封座（固定式球閥）產(chǎn)生微小位移，使密封座表面產(chǎn)生一定的彈塑性變形，形成必要的密封比壓。密封比壓過(guò)高將會(huì)導(dǎo)致密封座所受比壓超過(guò)材料的許用比壓而損壞，使密封失效，還會(huì)導(dǎo)致操作力矩升高而影響動(dòng)作性能；過(guò)低則會(huì)使密封座表面的彈塑性變形量不足以補(bǔ)償球體的加工誤差，導(dǎo)致主密封不能達(dá)到規(guī)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(jì)算的實(shí)際比壓。

2、浮動(dòng)式球閥的密封機(jī)理

如圖1所示，由于球體下端無(wú)固定支承，浮動(dòng)式球閥關(guān)閉時(shí)，在介質(zhì)壓力作用下，球體將產(chǎn)生一定的浮動(dòng)量（位移）離開(kāi)入口端密封座而壓緊在出口端密封座上，使介質(zhì)在出口端密封座受到阻截。即浮動(dòng)式球閥實(shí)際上只有出口端密封座發(fā)揮密封作用，而入口端密封座與球體間保持一很小的浮動(dòng)間隙。

3、密封座的預(yù)壓縮考慮

為了保證球閥在介質(zhì)工作壓力較低時(shí)的密封性，球體和密封座間必須形成一定的預(yù)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(yù)壓縮量。預(yù)壓縮量不足，不能保證球閥的低壓密封性：預(yù)壓縮量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致球體與密封座間的摩擦力矩增加，影響球閥的動(dòng)作性能；并可能引起密封座的塑性變形，導(dǎo)致密封失效。對(duì)于聚四氟乙烯密封座，其預(yù)緊比壓一般應(yīng)為0.1PN，且不小于1.02MPa。剛性密封座預(yù)壓縮量的調(diào)整靠改變密封調(diào)整墊片的厚度實(shí)現(xiàn)，密封調(diào)整墊片加工的誤差會(huì)影響調(diào)整的效果：合理的裝配與調(diào)整是獲得良好密封性的關(guān)鍵。在使用中，密封座磨損后，預(yù)緊比壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力很差，因此剛性密封座結(jié)構(gòu)球閥的使用壽命相對(duì)較短。解決問(wèn)題的途徑之一是采用帶彈性元件的密封座。此時(shí)，預(yù)壓縮量的獲得與調(diào)整不再依靠密封調(diào)整墊片而由彈性元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。帶彈性元件的密封座除可獲得必要的預(yù)壓縮量外，還可在彈性元件的彈性變形范圍內(nèi)對(duì)預(yù)緊比壓進(jìn)行補(bǔ)償，因此，球閥的使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)。

4、帶彈性元件的密封座結(jié)構(gòu)

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(dá)到與強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)相客。圖3為彈性脹圈的結(jié)構(gòu)形式。圖4.為聚四氟乙烯唇式密封座的結(jié)構(gòu)形式。從圖3、圖4可看出，聚四氟乙烯唇式密封座唇口的設(shè)計(jì)角度為30°。而彈性脹圈唇A的角度為34°。在介質(zhì)壓力下，彈性脹圈的彈性力可補(bǔ)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(diǎn)，提高了球閥密封的可靠性和使用壽命。在介質(zhì)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(qiáng)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(chǎn)生預(yù)壓縮力，補(bǔ)償介質(zhì)壓力降低導(dǎo)致的密封比壓不足。只要處于彈性脹圈的彈性力范圍內(nèi)，即可保證球閥在較低壓力條件下的可靠密封。

5、改進(jìn)措施

將10－08閥在原先的雙向非金屬密封上進(jìn)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(shí)，將右閥座與左閥座與球體構(gòu)成密封副并增大原來(lái)的球與閥密封座之間的間隙從原來(lái)的10絲改成25絲。在關(guān)閉閥門(mén)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(dá)到密封。這樣在生產(chǎn)中就不會(huì)造成閥體結(jié)冰從而保障生產(chǎn)。

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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(jié)構(gòu)密封座結(jié)構(gòu)圖

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圖4 聚四氟乙烯唇式密封座的結(jié)構(gòu)圖

五、結(jié)論

綜上所述，解決球閥密封性的關(guān)鍵在于密封座的結(jié)構(gòu)形式和密封座材料的選擇。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)和使用要求，合理選擇密封座的結(jié)構(gòu)形式，保證密封座良好的加工工藝性：選擇性能優(yōu)良、適應(yīng)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(jìn)設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

車(chē)間將10－8閥進(jìn)行了相關(guān)改制后，使用了20個(gè)月仍運(yùn)行良好，保障了車(chē)間生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)車(chē)間提質(zhì)降本也有重大意義。基于我國(guó)引進(jìn)的1140線生產(chǎn)線上的10－08位置球閥都有該問(wèn)題，因此該改進(jìn)有進(jìn)一步推廣的價(jià)值。

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