大口徑閥門的分類與技術指標

閥門，是應用較為廣泛的閥體之一，它出現很早，推廣使用較晚。它的工作原理與旋塞閥一樣，都是靠旋轉襯套來使管件啟閉的，但比旋塞閥繼電器輕便，相對容積小，可以弄成大口徑球閥。閥門密封靠譜，結構簡略，修理便于球閥種類，密封面與立方體常在閉合狀態，不易被介質沖刷。現在，美國球閥口徑已達，在石油、化工、冶金、輕紡、食品、原子能、航空等部委廣泛使用。

1、球閥的分類

閥門分為兩大類：浮動式、固定式（見圖1）

a、浮動式聯軸器

b、固定式聯軸器

圖1浮動式、固定式聯軸器結構

1.1、浮動式球止回閥

閥門的立方體是浮動的，在介質壓力作用下，立方體能形成一定的位移并緊壓在出口端的密封面上，保證閥門的密封。浮動球止回閥的結構簡略，密封性好，但立方體承受工作介質的撓度全部傳給了出口密封圈，所以要考慮密封圈材料能夠經受得住立方體介質的工作荷載。這些結構，廣泛適于中低壓閥門。

1.2、固定球止回閥

閥門的立方體是固定的，受壓后不形成聯通。固定球止回閥都帶有浮動噴嘴，受介質壓力后，噴嘴形成聯通，使密封圈緊壓在立方體上，以保證密封。一般在與立方體的上、下軸上裝有聯軸器，操作扭距小，適用于高壓和大口徑的球閥。為了提高閥門的操作轉速和提高密封的牢靠程度，近些年來又出現了襯套閥門，既在密封面間壓注特制的潤滑油，以產生一層油膜，即加強了密封性，又提高了操作力矩，更適用高壓大口徑的閥門。

2、浮動閥門的密封

浮動球止回閥的結構簡略，密封性好，但立方體承受工作介質的荷載全部傳給了出口密封圈，所以密封圈材料能夠經受得住立方體介質的工作撓度是關鍵。通常說來，密封圈都是用聚四氟烯烴等彈性材料制造，金屬與非金屬材料組成密封副，也就是一般稱為軟密封。軟密封的密封性容易保證，而且對密封表面的加工精度與表面粗糙度要求也不很高。在介質的壓力下，圓球向出口端位移并壓緊墊圈，這時，立方體壓在殼體上的力QMJ為：

式中：DMW—閥座密封面直徑

DMN—閥座密封面直徑

P—介質工作壓力

為了保證低壓時的密封，閥門和噴嘴所應當的預緊比壓不應大于1200N·M，預密切封主要靠葉輪原本的彈性，因此密封面的長度是受一定限制的，估算式為：

式二

式中：[q]—許用撓度（聚四氟烯烴許用撓度為1530N·M）

對于帶彈性器件的噴嘴，它的工作靠譜性和使用年限巨大程度上取決于正確選擇密封噴嘴的預壓縮力。

低壓時，在預緊力不足的狀況下，將不能保證閥門的密封，過渡的壓縮會導致立方體和縱梁間的磨擦質心降低，并或許導致汽缸材料的塑性變型。

噴嘴與閥門槽之間的間隙δ1，是保證閥門正常工作的基本條件，在選擇間隙δ1時，應當考慮預壓縮汽缸的均勻伸長應在總的彈性變型范圍內，對此選用：

式3

式中：DMP—閥座平均半徑；σMJ—彈性變型范圍內噴嘴橫截面的許用蠕變，對聚四氟烯烴制殼體,σMJ=820（N-M）；E—閥座材料的彈性螺距，對聚四氟烯烴制殼體，E=48000～81600（N-M）。噴嘴的密封材料通常都是用聚四氟烯烴，在現有塑膠中，物理穩定性強的是聚四氟丁二烯，它對物理作用的穩定并且超出貴重金屬金和鉑、玻璃、陶瓷、搪瓷、特種鋼材和合金。物理磨蝕性較強的物質—濃酸、稀酸、濃氨水、強的氧化劑也不能對聚四氟烯烴起任何作用，有“塑科王”之稱。除個別鹵化胺或芬芳烴使聚四氟烯烴塑膠有輕度的燒蝕現象此外，吡啶、酸類、酯類等有機丙酮對聚四氟烯烴都無作用，不會發生凈重變化及溶蝕現象。對它能發生作用的僅為熔體態的堿金屬、三氯化氯及元素氟等，但也僅僅在低溫、高壓下作用才明顯。之外，聚四氟烯烴也不受氧或紫外線的作用，不吸水、具有不燃性。

它具備很高的耐磨性和耐熱性，使用氣溫范圍為-180～250℃，在250℃處理240h，電學功耗無增加，390℃每小時失重0.006％。它的介電功耗優良，但是電功耗不受速率和濕度的影響，可在250℃下常年工作。由上可知，用聚四氟烯烴作為聯軸器的密封是較為理想的。聚四氟烯烴的彈性螺距值巨大，所以，材料的功耗決定了其彈性變型很小，一但常年便用，材料的彈性不足以填補密封面的銹蝕，這時閥門的密封就該破壞，然而，在設計葉輪時考慮怎樣從結構上提高它的彈性，我們采用了彈性結構（見圖2）。

圖2噴嘴密封圈

這些噴嘴有如下優點：

(1)密封面內有一個視角40°±1′；

(2)密封噴嘴上方有一個R2的圓形槽；

(3)與閥門的配合留有間隙δ1可降低彈性。

結構原理為：在無預緊力組裝時，立方體與A點相切，組裝預緊力使球軸位移，位移通常在0.2～0.4(mm)之間，當立方體遭到壓力后，立方體隨壓力方向貼近在密封面上，這時密封圈向外膨脹球閥種類，使密封面與球面不會貼的太短而導致轉速減小，卸壓后，密封噴嘴基本上又恢復到原先安裝時的位置。

自密切封，是較為特殊的密封方式，我廠生產的大口徑閥門，輪緣密封全部選用該結構。工作原理是：運用介質壓力進行自密切封，它的密封圈裝在內椎體外，跟介質相向的一面成一定視角，介質壓力傳給內椎體，以傳遞給密封圈，在一定視角的徑向上形成兩個分力，一個與閥門中心線平行向外，另一壓向閥門內壁，上面這個力便是自緊力，介質壓力愈大，自緊力也愈大，考慮到低壓時的密封，在自密切封里面應當提高一定的預緊力，保證其密封功耗。

3、球閥的力矩

閥門磨擦力的大小，除了取決于介質的工作壓力和管件的管徑，并且和閥門的方式、密封和支承部件的結構及密封材料的性質有關，因此，每一詳細結構中，密封座上的磨擦力還取決于閥門晃動的視角。

在正常液位下動作的轉速：當閥門搖動開啟到30°時，出現大值，全開時（90°）為零，實際上，當閥門搬到80°時，壓差一般大大地大于大值。當關掉閥門時壓差大，隨著它的打開程度降低而漸漸減少，因此在壓力恒定的狀況下，大力轉速形成搖動到30°～40°時。閥門的工作可界定為二個主要階段。

(1)從立方體啟動到開始打開閥門階段，這個階段立方體中僅作用著由密封器件中預緊力和工作介質靜壓力所形成的磨擦力。

(2)從開始打開球閥到球孔與管件通道完全重合階段，這個階段對靜壓差形成的磨擦力，需要加上因為液體或氫氣介質力作用的力。隨著球閥的關掉，立方體將擋住通孔，那樣，立方體上的流體動作力將減少，而液位減小。

4、總磨擦力矩的估算

球閥的磨擦力矩按下式估算：

MF=MQZ+MFT+MFC（N-M）（4）

式中：MQZ—球體在噴嘴中的磨擦質心

MFT—填料與軸套的磨擦質心

MFC—閥桿腹部的磨擦質心

剖析閥門形成的斥力闡明，閥門在介質的作用下，浮動立方體向出口端位移，所形成的斥力全部由出口的噴嘴密封圈承受，球前缸蓋密封圈不承受斥力，同時也不影響磨擦力矩。

式5

式中：f—摩擦系數，對于聚四氟烯烴密封圈f=0.5

軸套在濾料中的磨擦扭力取決于密封的方式和工作壓力的大小,在壓緊時,上下密封圈都承受均勻的壓力,濾料中的磨擦力不取決于立方體的晃動視角,因此,濾料的磨擦扭力按下式:

MFT=π.2Pf(N-M)(6)

式中：dF—閥桿半徑

h1—單圈濾料與導輪接觸高度

Z1—填料圈數

凸緣背部的磨擦扭力可按下式：

式7

式中：dF、dFT—閥桿頭估算半徑由上可知，閥門的啟閉轉矩是由多方面來決定的，對于管徑≤100mm，使用壓力在1.6Mpa以內的閥門,其啟閉扭力不能少于60N-M。以上剖析可知，浮動聯軸器有它的局限性，因為結構上的成因，在大口徑高壓力下會出現轉速成倍提高。為此，就應當采用固定式結構的閥門，我們也將逐步進行解讀其適用功耗。

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