摘要 介紹了全焊接q341f.com/' target='_blank'>球閥的結構特性和工作原理以及存在的問題，在此基礎上根據使用經驗對其進行了優化設計，并對優化后閥門的閥座密封比壓、雙活塞效應進行了校核，計算結果表明，優化設計后閥門密封性能可靠。

01 概述

球閥作為集輸裝置的重要設備，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、耐腐蝕強和使用壽命長等優點，全焊接球閥已經廣泛應用于石油、化工、電力、制藥、食品、輕工等行業油、氣、化工等管道輸送。本文在介紹該閥門結構及原理的基礎上根據使用經驗對其進行了進一步優化設計。

02 結構特性和工作原理

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、中體上法蘭表面進行了鍍鋅處理。閥門采用執行器的通過球體轉動進行開啟和關閉輸送介質，全焊接球閥結構簡單，操作方便。

圖１ 全焊接球閥

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

當有介質通過時，閥門主流道口進入閥體，由于介質的壓力對支承圈、2道O形圈的作用形成推力，進一步壓縮支承圈和2道O形圈，并使三角形閥座緊密貼緊球體，形成工作狀態下的密封，從而實現了球體和左右體工作狀態下的密封。

03 優化設計

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口氣動高壓焊接球閥，當閥門長時間輸送介質，介質中的顆粒、沙、塵、管道存在鐵銹和腐蝕性強的雜質等，堆積并附著在球體表面，當開啟和關閉閥門時，容易劃傷損壞球體金屬和角形閥座密封面，導致閥門產生泄漏，甚至導致閥門卡死，無法正常運行。

（２）隨著閥門開啟和關閉的次數增多，三角形閥座磨損嚴重，造成密封失效，產生輸送介質泄漏。

3.2 改進措施

在保持改進前（圖２）閥門雙活塞閥座密封結構裝置與原理不變的基礎上，針對上述存在的問題對該閥門的密封裝置進行優化設計，以提高該閥門的密封性能和可靠性能，減少閥門的泄漏發生，提高閥門的使用壽命。優化后的閥門雙活塞閥座多重密封結構裝置如圖３所示。

圖２ 雙活塞閥座密封結構（改進前）

圖３ 雙活塞閥座多重密封結構（改進后）

04 優化設計后閥門校核

閥座密封結構為金屬與非金屬的軟硬復合密封（圖４）。閥座組件在螺旋彈簧作用力下達成非金屬初始密封，在介質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構，在高壓下保護非金屬密封環不被壓壞，閥座密封環具有類似O形圈的自緊密封性質。閥座密封環外的壓環防止了其被擠出，故只對初始密封比壓進行計算。

對增加保護圈后閥門開啟和關閉時，閥座密封比壓、雙活塞效應情況校核。

4.1 初始密封比壓校核

根據全焊接閥門的實際尺寸（12'-600Lb）， 取螺旋彈簧總推力F=3.5kN由設計給定，閥座密封面外徑DMW=324.45mm；閥座密封面內徑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，可得出閥門由關閉狀態打開時的初始密封比壓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校核

閥座密封面外徑DMW=324.45mm，閥座密封面內徑DMN=320.5mm，介質壓力P=10.21MPa，螺旋彈簧總推力F=3.5kN，閥座支承圈受壓內直徑DJN=317.2mm，其數據均由設計給定，計算得出QF=40.83kN。

05 結語

針對全焊接球閥在使用過程中出現的一些問題，從材料選用、生產工藝、密封結構等幾個方面對閥門進行了優化設計。經校核，本優化改進設計的閥門解決在使用過程中出現的質量問題，產品已經在工況現場得到實際應用，其質量穩定，密封性能可靠，減少了閥門的內漏進口氣動高壓焊接球閥，提高了閥門的使用壽命，值得廣泛推廣和應用。

下期論文：閥門內流場可視化試驗的研究

TAG:全焊接球閥,結構優化設計,法蘭球閥