大口径球阀的探讨(2)

　　这种阀座有如下特点：

　　(1)密封面内有一个角度40°±1′；

　　(2)密封阀座底部有一个R₂ 的半圆槽；

　　(3)与阀体的配合留有间隙δ₁ 可增加弹性。

　　结构原理为：在无预紧力装配时，球体与A点相切，装配预紧力使球轴位移，位移一般在0.2～0.4(mm)之间，当球体受到压力后，球体随压力方向紧贴在密封面上，这时密封圈向外膨胀，使密封面与球面不会贴的太紧而造成扭矩增大，卸压后，密封阀座基本上又恢复到原来安装时的位置。

　　自紧密封，是较为特殊的密封形式，我厂生产的大口径球阀，阀杆密封全部采用该结构。工作原理是：利用介质压力进行自紧密封，它的密封圈装在内锥体外，跟介质相向的一面成一定角度，介质压力传给内锥体，以传递给密封圈，在一定角度的锥面上产生两个分力，一个与阀体中心线平行向外，另一压向阀体内壁，后面这个力便是自紧力，介质压力愈大，自紧力也愈大，考虑到低压时的密封，在自紧密封上面必须增加一定的预紧力，保证其密封性能。

3、球阀的扭矩

　　球阀摩擦力的大小，不仅取决于介质的工作压力和阀门的通径，而且和球阀的形式、密封和支承部件的结构及密封材料的性质有关，此外，每一具体结构中，密封座上的摩擦力还取决于球阀转动的角度。

　　在正常差压下动作的扭矩：当球阀转动开启到30°时，出现最大值，全开时（90°）为零，实际上，当球阀转到80°时，压差通常大大地小于最大值。当关闭球阀时压差最大，随着它的打开程度增加而逐渐减小，因而在压力恒定的情况下，最大力扭矩产生转动到30°～40°时。球阀的工作可划分为二个主要阶段。

　　(1)从球体启动到开始打开球阀阶段，这个阶段球体中仅作用着由密封元件中预紧力和工作介质静压力所产生的摩擦力。

　　(2)从开始打开阀门到球孔与阀门通道完全重合阶段，这个阶段对静压差产生的摩擦力，还要加上由于液体或气体介质力作用的力。随着阀门的关闭，球体将堵住通孔，这样，球体上的流体动作力将减小，而差压增大。

4、总摩擦扭矩的计算

　　阀门的摩擦扭矩按下式计算：

M_F=M_QZ+M_FT+M_FC （N-M） （4）

　　式中：M_QZ—球体在阀座中的摩擦力矩
　　M_FT—填料与阀杆的摩擦力矩
　　M_FC—阀杆头部的摩擦力矩

　　分析球阀产生的作用力表明，球阀在介质的作用下，浮动球体向出口端位移，所产生的作用力全部由出口的阀座密封圈承受，球前阀座密封圈不承受作用力，同时也不影响摩擦扭矩。

　　式中：f —摩擦系数，对于聚四氟乙烯密封圈f =0.5

　　阀杆在填料中的摩擦力矩取决于密封的形式和工作压力的大小,在压紧时,上下密封圈都承受均匀的压力,填料中的摩擦力不取决于球体的转动角度,所以,填料的摩擦力矩按下式:

M_FT=πd_Fh₁Z₁1.2P_f (N-M) (6)

　　式中：d_F—阀杆直径
　　h₁—单圈填料与阀杆接触高度
　　Z₁—填料圈数
　　阀杆头部的摩擦力矩可按下式：

　　式中：d_F、d_FT—阀杆头计算直径由上可知，球阀的启闭力矩是由多方面来决定的，对于通径≤100mm，使用压力在1.6Mpa 以内的球阀,其启闭力矩不能超过60N-M。以上分析可知，浮动球阀有它的局限性，由于结构上的原因，在大口径高压力下会出现扭矩成倍增加。因此，就必须选用固定式结构的球阀，我们也将进一步进行探讨其适用性能。