1、概述

        由于球閥具有流阻小、啟閉速度快和操作簡單等特點,因此使用非常廣泛,如石油、化工、電站和石油、天燃氣長輸管線等。球閥的密封是通過在球體和閥座之間預先設定的預緊力加上流體壓力在閥座密封面上引起的作用力形成的,一般球閥的預緊力采用在閥座與閥體配合部位之間設置彈性元件,如碟形彈簧和柱狀彈簧等來形成。球閥在啟閉過程中,預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。同時預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,在球體與閥座之間設計了螺旋傳動機構。該閥已申請國家發明專利( 申請號為: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傳動銷　7傳動盤　8閥座體　9閥體

圖1　硬密封球閥

        閥座在閥體內沿軸線移動是由螺線傳動機構完成的。具體是在球體上下各安裝一個圓形傳動盤,在傳動盤上設有螺線槽,傳動盤隨球體一起轉動。在閥座上下各設置傳動銷,傳動銷與傳動盤上的螺線槽相嚙合。當啟閉閥門時,球體轉動并帶動傳動盤一起轉動。當閥門關閉時,傳動盤上的螺線槽通過閥座上的傳動銷拉動閥座向球體運動,在關閉瞬間與球體緊密接觸,實現密封。在開啟瞬間,螺線槽通過閥座上的傳動銷推動閥座脫離球體,實現無摩擦操作。根據固定球閥的閥桿力矩計算式

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 ———軸承產生的摩擦力矩,N·mm

        由于閥座的沿軸線移動是采用螺線傳動機構,閥門在啟閉過程中,閥座與球體間不受力,因此式(1)簡化為

MF =MFT +MZC (2)

        從式(2)的計算可以得出,閥桿力矩大大的減小。

3、螺線傳動機構設計

        閥座上下各設有2個傳動銷與傳動盤上的4條螺線槽相嚙合,螺線槽的螺距為1mm。螺線槽的位置,在閥門開位時閥座上傳動銷的位置為起始點,逆時針轉動90°為螺線槽終點(圖2) 。傳動盤通過鍵與閥桿聯在一起并隨球體轉動。在啟閉閥門時,球體和傳動盤轉動,通過傳動盤上的螺線槽將動力傳到閥座上,使閥座沿軸線產生往復運動。

圖2　螺線槽結構

4、結語

        本硬密封球閥與現有技術相比具有結構緊湊、簡單,體積小和質量輕等特點,此結構還具有雙向密封、防火、防靜電功能。最主要的是實現了球體與閥座之間基本無摩擦,延長了閥門的使用壽命,減小了閥門的啟閉力矩。該結構特別適用大口徑電動球閥,節能效果非常顯著。