強(qiáng)制密封球閥閥桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、概述

　　強(qiáng)制密封球閥廣泛應(yīng)用于天然氣和城市燃?xì)獾挠?jì)量裝置、泵或壓縮機(jī)入口和出口及旁通、分子篩干燥器系統(tǒng)、低溫甲醇洗裝置-80～280℃交變溫度頻繁切斷、乙二醇脫水裝置切斷和煤化工裝置液固兩相流介質(zhì)切斷等。

2、結(jié)構(gòu)特性

　　強(qiáng)制密封球閥綜合了球閥、閘閥和旋塞閥的優(yōu)點(diǎn)，具有密封性好，開關(guān)無磨損，耐沖蝕，可在線維護(hù)的特性。

　　(1)強(qiáng)制密封提升式閥桿下端的斜面提供了一個(gè)機(jī)械的楔緊力，以保證持續(xù)的緊密密封。

　　(2)開關(guān)無磨損閥門開關(guān)過程中，球體偏離閥座后再轉(zhuǎn)動(dòng)，消除了閥座的摩擦，解決了普通球閥、閘閥和旋塞閥的閥座磨損問題。

　　(3)抗沖刷提升式閥桿實(shí)現(xiàn)了球體脫離閥座后再轉(zhuǎn)動(dòng)，球體和閥座在沒有接觸的情況下完成開關(guān)動(dòng)作。閥門在微開啟和即將關(guān)閉時(shí)，流體是沿密封面在360°范圍內(nèi)立即流動(dòng)的，流體開始流動(dòng)時(shí)可以把閥座上存在的雜質(zhì)沖洗干凈。避免了普通球閥在微開啟和即將關(guān)閉的瞬間產(chǎn)生的高速流體對(duì)閥座局部沖刷，即使是高壓差的苛刻工況，仍能確保長期的零泄漏和緊密密封，提高了強(qiáng)制密封球閥的使用壽命。

　　(4)無卡塞 單閥座設(shè)計(jì)避免了閥門內(nèi)腔壓力升高和容易卡塞的問題。

　　(5)密封性能好球體和閥座密封面經(jīng)特殊硬化處理，能夠在不損壞密封完整性的情況下滿足非常苛刻工況的密封要求。

　　(6)易維護(hù)閥門采用上裝式結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)泄壓后，可在線檢查和維修，使維護(hù)簡單化。

3、閥桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

　　強(qiáng)制密封球閥閥桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)主要有導(dǎo)向槽式和螺旋桿式2種。

　　(1)導(dǎo)向槽式

　　導(dǎo)向槽式閥桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)主要通過閥桿上部的導(dǎo)向槽與安裝在支架上的導(dǎo)向銷控制。開啟閥門時(shí)，閥桿首先提升使球體與閥座脫離接觸，閥桿繼續(xù)上升，并與閥桿導(dǎo)向槽內(nèi)導(dǎo)向銷相互作用，驅(qū)動(dòng)球體無摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)至開啟位置。關(guān)閉閥門時(shí)，閥桿帶動(dòng)球體在不接觸閥座的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)，然后閥桿繼續(xù)下降，閥桿下端的平行楔形面與滾柱配合，產(chǎn)生楔緊力，帶動(dòng)球體壓緊閥座，實(shí)現(xiàn)閥門密封。導(dǎo)向槽式閥桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的閥桿有整體式(圖1)和分體式(圖2)2種。分體式閥桿采用銷釘連接。

圖1 整體閥桿

圖2 分體式閥桿

　　導(dǎo)向槽式閥桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)存在3個(gè)缺陷。①閥桿上部加工兩條對(duì)稱的螺旋槽，削弱了閥桿的強(qiáng)度和產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易造成閥桿彎曲。②導(dǎo)向銷與閥桿上部的螺旋槽直接配合，無減磨措施，容易磨損，摩擦力大，嚴(yán)重時(shí)無法開關(guān)強(qiáng)制密封球閥。③分體式閥桿的連接銷釘，如設(shè)計(jì)或材料選擇不當(dāng)，容易造成銷釘斷裂。

　　(2)螺旋桿式

　　螺旋桿式閥桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)底部為螺旋型，閥桿上端的軌道槽為直線型(圖3)。螺旋桿式閥桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)存在2個(gè)缺陷。①閥桿底部螺旋面與球體為不連續(xù)的線接觸，驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度較低，且球體的導(dǎo)向銷容易磨損。②閥桿底部螺旋面加工困難，普通數(shù)控機(jī)床難以保證，需手工打磨修整。

圖3 螺旋槽式閥桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

4、優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　經(jīng)過分析強(qiáng)制密封球閥閥桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)存在的缺陷，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)(圖4)。改進(jìn)后，閥桿導(dǎo)向銷穿過閥桿后兩端外圓安裝黃銅套，兩端黃銅套用軸性擋圈固定，防止軸向竄動(dòng)。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使閥桿上升，此時(shí)黃銅套與支架前后對(duì)稱的螺旋槽的直行程段配合，限制閥桿只作上升運(yùn)動(dòng)，閥桿下端的平行楔形面與滾柱配合，使球體先向左偏移一角度，球體與閥座脫離。閥桿繼續(xù)上升，黃銅套與支架前后對(duì)稱的螺旋槽旋轉(zhuǎn)段配合，限制閥桿作90°旋轉(zhuǎn)，閥桿下端的平行楔形面與滾柱配合，帶動(dòng)球體作90°無摩擦旋轉(zhuǎn)，閥門開啟。相反，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使閥桿下降，此時(shí)黃銅套與支架前后對(duì)稱的螺旋槽旋轉(zhuǎn)段配合，限制閥桿作90°旋轉(zhuǎn)，閥桿下端平行的楔形面與滾柱配合，帶動(dòng)球體作90°無摩擦旋轉(zhuǎn)。此時(shí)球體密封面正對(duì)閥座密封面，閥桿繼續(xù)下降，黃銅套與支架前后對(duì)稱的螺旋槽直行程段限制閥桿只作下降運(yùn)動(dòng)，閥桿下端的平行楔形面與滾柱配合，產(chǎn)生楔緊力，帶動(dòng)球體壓緊閥座，閥門關(guān)閉。閥桿可繼續(xù)下降，能對(duì)球體和閥座密封面繼續(xù)施加強(qiáng)制密封力。

1.閥體2.球體3.閥座4.滾柱5.閥桿5A.閥桿平行的楔形面6.閥蓋7.支架7A.支架前后對(duì)稱的螺旋槽8.導(dǎo)向銷9.執(zhí)行機(jī)構(gòu)10.黃銅套11.軸性擋圈

圖4 強(qiáng)制密封球閥閥桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

5、結(jié)語

　　改進(jìn)后的強(qiáng)制密封球閥閥桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)由于不直接在閥桿上加工螺旋槽，使閥桿強(qiáng)度高，不容易產(chǎn)生應(yīng)力集中和彎曲現(xiàn)象。支架上的螺旋槽與黃銅套配合實(shí)現(xiàn)閥桿上升(或下降)和90°旋轉(zhuǎn)。黃銅套具有自潤滑作用，屬于減磨零件，有效降低了開關(guān)力矩。閥桿和支架加工簡單，提高了生產(chǎn)效率。