1、概述

　　球閥由于具有流體阻力小、操作方便、啟閉迅速、密封性好和可靠性高等特點,在石油化工、長輸管線及城市供暖等行業(yè)得到了廣泛地應(yīng)用。閥座材料采用聚四氟乙烯(或填充聚四氟乙烯)的稱為軟密封球閥,其使用溫度不超過200℃。閥座材料采用金屬制作的稱為硬密封球閥或高溫球閥,其使用溫度高于250℃。近年來為了滿足高溫工況的需要,國內(nèi)外球閥生產(chǎn)企業(yè)通過優(yōu)化高溫球閥密封結(jié)構(gòu),使其啟閉扭矩明顯降低,使用壽命大大延長,操作性能顯著提高。

2、球閥硬密封結(jié)構(gòu)

2.1、密封特點

　　高溫球閥的密封特點主要是采用金屬密封副,其優(yōu)點是適用溫度范圍廣,各種金屬的熱膨脹系數(shù)相差不大,只要選用得當(dāng),可以達(dá)到基本一致,有利于協(xié)調(diào)溫差變形。缺點是材料硬度高,達(dá)到密封所必須的比壓高,即使采用預(yù)緊力達(dá)到密封,但因密封比壓大,閥座和球體之間的磨損也很大,而且由于金屬密封面摩擦系數(shù)較大,導(dǎo)致球閥的啟閉力矩較大。因此,高溫球閥大多采用彈性密封副,其性能可靠,彈性補償能力強,適用溫度范圍廣,并對浮動球球閥和固定球球閥都適用。

　　高溫球閥在預(yù)緊力和流體壓力的作用下,閥座與球體壓緊,使閥座密封面產(chǎn)生變形而達(dá)到密封。其密封效果取決于閥座在流體壓力和預(yù)緊力的作用下,能夠補償球體不圓度和微觀不平度的程度。因此,閥座與球體之間必須具有足夠大的密封比壓qb ,且應(yīng)滿足

qb < q <〔q〕

式中qb ———保證閥門密封的必須比壓,MPa
　　q———閥門工作時的實際比壓,MPa
　〔q〕———閥座材料的許用比壓,MPa

2.2、結(jié)構(gòu)分析

(1)浮動球球閥密封結(jié)構(gòu)

　　圖1所示硬密封高溫球閥由閥體、球體、閥桿、金屬閥座及閥座與閥體間的柔性石墨密封圈組成。兩個閥座以閥桿軸心為對稱中心嵌入閥體,閥座在閥體嵌入槽中滑動,閥座與閥體之間的密封靠柔性石墨密封圈來實現(xiàn)。由于柔性石墨密封圈可壓縮變形,該結(jié)構(gòu)球閥在一定溫度范圍內(nèi)使用不會因球體受熱膨脹卡住不能動作,此結(jié)構(gòu)硬密封球閥可用于溫度不超過343℃的工況。

1.閥體　2.球體　3.閥桿　4.密封圈　5.閥座

圖1　對稱閥座高溫球閥

　　圖2所示高溫球閥用金屬彈性圈作閥座密封圈,用來補償溫差、壓力和磨損等外界條件變化對球閥密封性能影響。該閥由閥體、球體、閥桿、金屬閥座、閥座與閥體間的柔性石墨密封圈、金屬彈性圈、金屬彈性圈壓環(huán)及密封墊組成。兩個閥座一個為可在閥體嵌入槽中滑動的金屬閥座,另一個為可變形的金屬彈性圈閥座。該結(jié)構(gòu)球閥在球體受熱膨脹時金屬彈性圈閥座可變形,使球體不致卡住不能動作。

1.密封圈　2.閥座　3.閥體　4.球體　5.閥桿 6.壓環(huán)　7.金屬彈性圈　8.密封墊

圖2　金屬彈性圈高溫球閥

　　圖3所示高溫球閥使用碟形彈簧加載密封副結(jié)構(gòu)。該閥由閥體、球體、閥桿、閥后閥座、閥后閥座密封圈、閥前閥座、閥前閥座密封圈、壓環(huán)及碟形彈簧等組成。閥前閥座、閥前閥座密封圈、壓環(huán)為一組件,碟形彈簧壓在組件上。球閥裝配后碟形彈簧受壓,它一方面為閥門密封提供初始力,另一方面壓縮閥座和閥體間的密封圈,使閥座和閥體間密封。該結(jié)構(gòu)球閥兩個閥座以閥桿軸心為對稱中心嵌入閥體,閥座可在閥體嵌入槽中滑動,在球體受熱膨脹時閥座組件滑動,碟形彈簧受壓變形,避免球體卡住不能動作。