彈性金屬硬密封偏心半球閥的設(shè)計(jì)

概述

　　彈性金屬硬密封偏心半球閥可廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力和造紙等行業(yè)中，尤其在兩相流介質(zhì)中更加凸顯了半球閥的優(yōu)勢(shì)。本文主要對(duì)新結(jié)構(gòu)的偏心彈性半球閥進(jìn)行分析和論述。

結(jié)構(gòu)及原理

　　彈性金屬硬密封偏心半球閥主要由閥體( 一體式鑄造而成) 、U 形圈、偏心半球球體、端蓋和閥桿等部件組成( 圖1) 。由于球體密封面中心與閥體中心在軸向和徑向上存在偏心量，可以保證閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)球體能夠瞬間脫離U 形圈，減小了摩擦力，降低了開(kāi)閥力矩。U 形圈具有的彈性，即便在高溫下，仍可以自動(dòng)補(bǔ)償高溫蠕變，有效的達(dá)到密封要求。球體表面噴焊鎳基合金粉末或進(jìn)行特殊的硬化處理，增強(qiáng)了其耐磨性和抗沖擊能力，提高了閥門(mén)的使用壽命。

1. 壓蓋2. 填料3. 防飛環(huán)4. 閥桿5. 端蓋6. U 形圈7. 球體8. 閥體9. 調(diào)整墊片10. 底蓋

圖1 彈性金屬硬密封偏心半球閥

偏心效應(yīng)

　　半球體利用開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)角位移的變化改變軸向位移的變化，且角位移和軸向位移成線性比例關(guān)系，其運(yùn)動(dòng)路線是半拋物線軌跡。如球體運(yùn)動(dòng)角度為θ，運(yùn)動(dòng)軌跡為y = A( sinθ) 2 + Bsinθ + C，( A、B 和C 為常數(shù)，A ＜ 0) 。因此，合理的選擇偏心量，球體能夠在數(shù)秒內(nèi)脫離和接觸閥座。按照運(yùn)動(dòng)軌跡分析，半球體由最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡中，能夠自動(dòng)楔緊閥座，U 形閥座也依靠材料的彈性模量自動(dòng)產(chǎn)生預(yù)緊力，達(dá)到越關(guān)越緊的效果( 圖2) 。

a) 閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)(b) 10°開(kāi)閥狀態(tài)(c) 45°開(kāi)閥狀態(tài)(d) 90°開(kāi)閥狀態(tài)

圖2 閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)程

受力分析

　　在復(fù)雜的變載荷下，U 形圈承受介質(zhì)的靜壓力和半球的壓緊力，同時(shí)提供密封預(yù)緊力，在高溫下還要保證一定的彈性。因此采用Solidworks 受力分析軟件模擬U 形圈在工況下的受力情況，并驗(yàn)證其可靠性( 圖3) 。通過(guò)軟件模擬受力分析可知，U 形圈在工況中邊緣變形比較大，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其強(qiáng)度要求，保證其在合理的安全系數(shù)范圍內(nèi)。

結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算校核和實(shí)際運(yùn)用，新型金屬硬密封偏心半球閥滿足工況要求，而且成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠。