金屬波紋管作為彈性密封元件,在閥門制造業(yè)中有著廣泛的應用,如波紋管閘閥和波紋管截止閥等。波紋管結(jié)構(gòu)將閥桿在填料函處的動密封轉(zhuǎn)化成閥桿在閥蓋處的靜密封,使閥門的密封更加安全可靠。但是,由于金屬波紋管只能承受拉伸和壓縮,而不能承受扭矩,因此,目前的應用還僅限于閥桿運動只作軸向升降而不發(fā)生徑向旋轉(zhuǎn)的閘閥、截止閥和安全閥等。根據(jù)實際需要,設(shè)計了閥桿沿徑向旋轉(zhuǎn)90°的波紋管球閥,該閥已獲得國家專利(專利號為ZL 20072004005) 。 

        波紋管球閥(圖1)的型號為150QB47F—40,驅(qū)動裝置為SMC—00多回轉(zhuǎn)電裝,每分鐘輸出轉(zhuǎn)數(shù)24圈。金屬波紋管耐壓4.0MPa, 波紋管內(nèi)徑54.5mm、波紋管外徑78mm、波紋管行程53mm。波紋管和閥桿的下部采用氬弧焊接,焊縫必須焊透。波紋管的上部法蘭與石墨墊片、閥蓋和支架形成靜密封,使閥體中的介質(zhì)和外部隔絕。閥體中的介質(zhì)不因閥桿和填料函有間隙而泄漏。如果因特殊情況引起波紋管破裂,閥門上部的填料函還可起到應急作用。閥桿上部沿軸向加工2個直槽,撥銷使閥桿只能沿著軸向上、下移動而不能沿徑向轉(zhuǎn)動。閥桿下部加工2個螺旋槽,撥銷固定在球體上,撥銷可在螺旋槽內(nèi)自由移動。球體坐落在圓錐滾子軸承上,減小球體對閥桿的摩擦扭矩。當閥門關(guān)閉時,閥桿由電動裝置帶動向下運動,閥桿的螺旋槽帶動球體上的撥銷使球體沿球的軸線轉(zhuǎn)動90°,球體轉(zhuǎn)到圖中虛線位置,球閥關(guān)閉。反之則球閥開啟。

1密封支撐圈　2撥銷　3止推軸承　4軸套　5波紋管 6閥桿　7閥蓋　8防轉(zhuǎn)銷　9支架　10填料壓套 11電動裝置　12凸輪套　13閥體　14球體 15軸承　16固定軸　17密封圈

圖1　波紋管球閥

圖2　閥桿上的螺旋槽

螺旋槽設(shè)計

         在閥桿的下部面對面加工2個螺旋槽(圖2) 。螺旋槽開口尺寸和螺旋升角對閥門啟閉力和結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。取閥桿直徑d = 50mm,螺旋槽升程h =50mm,螺旋槽寬H = 18mm,螺旋槽深t =10mm。螺旋槽的軸向升角λ為(圖3)

λ = arctgπd /4h = arctg3114 ×40 /4 ×50 = 32.1°

圖3　螺旋槽受力分析

   　 根據(jù)螺旋槽的軸向升角λ計算其啟閉力(圖3)Q為

         選用電動裝置時,考慮各種因素的影響,將啟閉球體的總力矩Mn 乘以系數(shù)113,求得參考總力矩

Mn ′=Mn ×113 = 284 925 ×113 = 370 403N·mm =370N·m。

        由計算結(jié)果確定電動裝置的輸出扭距為500N·m,轉(zhuǎn)速為24r/min,閥桿螺紋為Tr48 ×8HL,啟閉時間為50 ÷8 ÷24 =0126min。

        金屬波紋管球閥是將波紋管技術(shù)和軌道球閥原理相結(jié)合,設(shè)計生產(chǎn)出新結(jié)構(gòu)的球閥。該閥適用于輸送有毒或有害介質(zhì),由于其流道近似于管子的一部分,流阻特別小,是一種高效節(jié)能的新產(chǎn)品。