一種硬密封球閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

1、概述

        由于球閥具有流阻小、啟閉速度快和操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),因此使用非常廣泛,如石油、化工、電站和石油、天燃?xì)忾L(zhǎng)輸管線等。球閥的密封是通過(guò)在球體和閥座之間預(yù)先設(shè)定的預(yù)緊力加上流體壓力在閥座密封面上引起的作用力形成的,一般球閥的預(yù)緊力采用在閥座與閥體配合部位之間設(shè)置彈性元件,如碟形彈簧和柱狀彈簧等來(lái)形成。球閥在啟閉過(guò)程中,預(yù)緊力始終作用在密封副的表面上,致使球閥的啟閉力矩大于其他類型閥門。同時(shí)預(yù)緊力也加大了密封件的磨損,影響了球閥的使用壽命。為了克服上述缺點(diǎn),在球體與閥座之間設(shè)計(jì)了螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。該閥已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利( 申請(qǐng)?zhí)枮?20091001084214) 。

2、工作原理

        球閥由閥體、閥蓋、球體、閥座和閥桿等組成(圖1) 。

1閥蓋　2閥桿　3O形圈　4球體　5支軸　6傳動(dòng)銷　7傳動(dòng)盤　8閥座體　9閥體

圖1　硬密封球閥

        閥座在閥體內(nèi)沿軸線移動(dòng)是由螺線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成的。具體是在球體上下各安裝一個(gè)圓形傳動(dòng)盤,在傳動(dòng)盤上設(shè)有螺線槽,傳動(dòng)盤隨球體一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在閥座上下各設(shè)置傳動(dòng)銷,傳動(dòng)銷與傳動(dòng)盤上的螺線槽相嚙合。當(dāng)啟閉閥門時(shí),球體轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)傳動(dòng)盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí),傳動(dòng)盤上的螺線槽通過(guò)閥座上的傳動(dòng)銷拉動(dòng)閥座向球體運(yùn)動(dòng),在關(guān)閉瞬間與球體緊密接觸,實(shí)現(xiàn)密封。在開(kāi)啟瞬間,螺線槽通過(guò)閥座上的傳動(dòng)銷推動(dòng)閥座脫離球體,實(shí)現(xiàn)無(wú)摩擦操作。根據(jù)固定球閥的閥桿力矩計(jì)算式

MF =MQC +MFT +MZC (1)

式中MF ———球閥的閥桿力矩,N·mm

        MQC ———固定球球閥的球體與閥座密封面間的摩擦力矩,N·mm

        MFT ———填料與閥桿間摩擦力矩,N·mm

        MZC ———軸承產(chǎn)生的摩擦力矩,N·mm

        由于閥座的沿軸線移動(dòng)是采用螺線傳動(dòng)機(jī)構(gòu),閥門在啟閉過(guò)程中,閥座與球體間不受力,因此式(1)簡(jiǎn)化為

MF =MFT +MZC (2)

        從式(2)的計(jì)算可以得出,閥桿力矩大大的減小。

3、螺線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

        閥座上下各設(shè)有2個(gè)傳動(dòng)銷與傳動(dòng)盤上的4條螺線槽相嚙合,螺線槽的螺距為1mm。螺線槽的位置,在閥門開(kāi)位時(shí)閥座上傳動(dòng)銷的位置為起始點(diǎn),逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°為螺線槽終點(diǎn)(圖2) 。傳動(dòng)盤通過(guò)鍵與閥桿聯(lián)在一起并隨球體轉(zhuǎn)動(dòng)。在啟閉閥門時(shí),球體和傳動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)傳動(dòng)盤上的螺線槽將動(dòng)力傳到閥座上,使閥座沿軸線產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖2　螺線槽結(jié)構(gòu)

4、結(jié)語(yǔ)

        本硬密封球閥與現(xiàn)有技術(shù)相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單,體積小和質(zhì)量輕等特點(diǎn),此結(jié)構(gòu)還具有雙向密封、防火、防靜電功能。最主要的是實(shí)現(xiàn)了球體與閥座之間基本無(wú)摩擦,延長(zhǎng)了閥門的使用壽命,減小了閥門的啟閉力矩。該結(jié)構(gòu)特別適用大口徑電動(dòng)球閥,節(jié)能效果非常顯著。