強制密封球閥閥桿導向結構的優化設計

2013-08-19 梁連金上海開維喜閥門集團

1、概述

　　強制密封球閥廣泛應用于天然氣和城市燃氣的計量裝置、泵或壓縮機入口和出口及旁通、分子篩干燥器系統、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切斷等。

2、結構特性

　　強制密封球閥綜合了球閥、閘閥和旋塞閥的優點，具有密封性好，開關無磨損，耐沖蝕，可在線維護的特性。

　　(1)強制密封提升式閥桿下端的斜面提供了一個機械的楔緊力，以保證持續的緊密密封。

　　(2)開關無磨損閥門開關過程中，球體偏離閥座后再轉動，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現了球體脫離閥座后再轉動，球體和閥座在沒有接觸的情況下完成開關動作。閥門在微開啟和即將關閉時，流體是沿密封面在360°范圍內立即流動的，流體開始流動時可以把閥座上存在的雜質沖洗干凈。避免了普通球閥在微開啟和即將關閉的瞬間產生的高速流體對閥座局部沖刷，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，提高了強制密封球閥的使用壽命。

　　(4)無卡塞單閥座設計避免了閥門內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)易維護閥門采用上裝式結構，在系統泄壓后，可在線檢查和維修，使維護簡單化。

3、閥桿導向結構

　　強制密封球閥閥桿導向結構主要有導向槽式和螺旋桿式2種。

　　(1)導向槽式

　　導向槽式閥桿導向結構主要通過閥桿上部的導向槽與安裝在支架上的導向銷控制。開啟閥門時，閥桿首先提升使球體與閥座脫離接觸，閥桿繼續上升，并與閥桿導向槽內導向銷相互作用，驅動球體無摩擦轉動至開啟位置。關閉閥門時，閥桿帶動球體在不接觸閥座的情況下轉動，然后閥桿繼續下降，閥桿下端的平行楔形面與滾柱配合，產生楔緊力，帶動球體壓緊閥座，實現閥門密封。導向槽式閥桿導向結構的閥桿有整體式(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

　　導向槽式閥桿導向結構存在3個缺陷。①閥桿上部加工兩條對稱的螺旋槽，削弱了閥桿的強度和產生應力集中，容易造成閥桿彎曲。②導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，嚴重時無法開關強制密封球閥。③分體式閥桿的連接銷釘，如設計或材料選擇不當，容易造成銷釘斷裂。

　　(2)螺旋桿式

　　螺旋桿式閥桿導向結構底部為螺旋型，閥桿上端的軌道槽為直線型(圖3)。螺旋桿式閥桿導向結構存在2個缺陷。①閥桿底部螺旋面與球體為不連續的線接觸，驅動強度較低，且球體的導向銷容易磨損。②閥桿底部螺旋面加工困難，普通數控機床難以保證，需手工打磨修整。

圖3 螺旋槽式閥桿導向結構

4、優化設計

　　經過分析強制密封球閥閥桿導向結構存在的缺陷，對其結構進行了優化設計(圖4)。改進后，閥桿導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。逆時針轉動執行機構，使閥桿上升，此時黃銅套與支架前后對稱的螺旋槽的直行程段配合，限制閥桿只作上升運動，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。閥桿繼續上升，黃銅套與支架前后對稱的螺旋槽旋轉段配合，限制閥桿作90°旋轉，閥桿下端的平行楔形面與滾柱配合，帶動球體作90°無摩擦旋轉，閥門開啟。相反，順時針轉動執行機構，使閥桿下降，此時黃銅套與支架前后對稱的螺旋槽旋轉段配合，限制閥桿作90°旋轉，閥桿下端平行的楔形面與滾柱配合，帶動球體作90°無摩擦旋轉。此時球體密封面正對閥座密封面，閥桿繼續下降，黃銅套與支架前后對稱的螺旋槽直行程段限制閥桿只作下降運動，閥桿下端的平行楔形面與滾柱配合，產生楔緊力，帶動球體壓緊閥座，閥門關閉。閥桿可繼續下降，能對球體和閥座密封面繼續施加強制密封力。