一种硬密封球阀的结构和工作原理

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)沈阳阀门研究所 作者:张宗铎

1、概述

        由于球阀具有流阻小、启闭速度快和操作简单等特点,因此使用非常广泛,如石油、化工、电站和石油、天燃气长输管线等。球阀的密封是通过在球体和阀座之间预先设定的预紧力加上流体压力在阀座密封面上引起的作用力形成的,一般球阀的预紧力采用在阀座与阀体配合部位之间设置弹性元件,如碟形弹簧和柱状弹簧等来形成。球阀在启闭过程中,预紧力始终作用在密封副的表面上,致使球阀的启闭力矩大于其他类型阀门。同时预紧力也加大了密封件的磨损,影响了球阀的使用寿命。为了克服上述缺点,在球体与阀座之间设计了螺旋传动机构。该阀已申请国家发明专利( 申请号为:20091001084214) 。

2、工作原理

        球阀由阀体、阀盖、球体、阀座和阀杆等组成(图1) 。

硬密封球阀的结构        

1阀盖 2阀杆 3O形圈 4球体 5支轴 6传动销 7传动盘 8阀座体 9阀体

图1 硬密封球阀

        阀座在阀体内沿轴线移动是由螺线传动机构完成的。具体是在球体上下各安装一个圆形传动盘,在传动盘上设有螺线槽,传动盘随球体一起转动。在阀座上下各设置传动销,传动销与传动盘上的螺线槽相啮合。当启闭阀门时,球体转动并带动传动盘一起转动。当阀门关闭时,传动盘上的螺线槽通过阀座上的传动销拉动阀座向球体运动,在关闭瞬间与球体紧密接触,实现密封。在开启瞬间,螺线槽通过阀座上的传动销推动阀座脱离球体,实现无摩擦操作。根据固定球阀的阀杆力矩计算式

MF =MQC +MFT +MZC (1)

式中MF ———球阀的阀杆力矩,N·mm

        MQC ———固定球球阀的球体与阀座密封面间的摩擦力矩,N·mm

        MFT ———填料与阀杆间摩擦力矩,N·mm

        MZC ———轴承产生的摩擦力矩,N·mm

        由于阀座的沿轴线移动是采用螺线传动机构,阀门在启闭过程中,阀座与球体间不受力,因此式(1)简化为

MF =MFT +MZC (2)

        从式(2)的计算可以得出,阀杆力矩大大的减小。

3、螺线传动机构设计

        阀座上下各设有2个传动销与传动盘上的4条螺线槽相啮合,螺线槽的螺距为1mm。螺线槽的位置,在阀门开位时阀座上传动销的位置为起始点,逆时针转动90°为螺线槽终点(图2) 。传动盘通过键与阀杆联在一起并随球体转动。在启闭阀门时,球体和传动盘转动,通过传动盘上的螺线槽将动力传到阀座上,使阀座沿轴线产生往复运动。

螺线槽结构 

图2 螺线槽结构

4、结语

        本硬密封球阀与现有技术相比具有结构紧凑、简单,体积小和质量轻等特点,此结构还具有双向密封、防火、防静电功能。最主要的是实现了球体与阀座之间基本无摩擦,延长了阀门的使用寿命,减小了阀门的启闭力矩。该结构特别适用大口径电动球阀,节能效果非常显著。

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