新型單閥座雙偏心固定球閥構(gòu)造設(shè)計(jì)

新型單閥座雙偏心固定球閥構(gòu)造設(shè)計(jì)介紹了一種新型單閥座雙偏心固定球閥構(gòu)造設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)及密封工作原理，這些新構(gòu)造的使用，使得本閥門密封效果更加可靠，操作力矩得到有力控制，經(jīng)濟(jì)效益顯著，本閥門多用于水輪機(jī)入水口處，采用液壓操作。一、前言

傳統(tǒng)球閥由于球體與閥座密封面始終接觸，啟閉過程中易造成球體與閥座密封面的磨損，從而導(dǎo)致閥門產(chǎn)生內(nèi)漏。為克服這一缺陷，將雙偏心蝶閥的設(shè)計(jì)理念融入到球閥的設(shè)計(jì)中來，研制出一種新型的球閥構(gòu)造——單閥座雙偏心固定球閥。

本系列球閥隸屬閥后密封構(gòu)造，主要用于水力發(fā)電站水輪機(jī)入口端，介質(zhì)為常溫水，用于發(fā)電機(jī)組檢修或機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈時(shí)的斷流保護(hù)。本產(chǎn)品也可以用于城市供水及油品輸送等其他系統(tǒng)。閥門的操作方式可采用液壓重錘、蝸桿傳動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)及氣動(dòng)等形式。二、工作原理

本固定球設(shè)置兩個(gè)偏心構(gòu)造，如圖1所示。

1.閥體2.左閥蓋3.左法蘭4.球體5.右閥蓋6.右法蘭7.閥座外圈8.密封圈9.閥座內(nèi)圈10.球體密封圈11.限位塊12.彈簧

圖1偏心構(gòu)造

第一個(gè)偏心：閥桿的旋轉(zhuǎn)中心(中心1)與球體幾何中心在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)Y方向上設(shè)置一個(gè)偏心距a;第二個(gè)偏心：閥桿的旋轉(zhuǎn)中心(中心1)與球體幾何中心在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)X方向上設(shè)置一個(gè)偏心距b。

在閥門開啟位置時(shí)，閥座密封面和球體密封圈不接觸?，F(xiàn)以DN600、PN5.0MPa球閥為例簡要說明。設(shè)計(jì)上，取偏心距a為12mm，偏心距b為12mm，閥門在全開位置，閥座密封面和球體密封圈間距δ為10mm。

球體在操作機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，以中心1順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由于采用偏心的構(gòu)造設(shè)計(jì)，閥座密封面和球體密封圈間的距離逐漸減小，當(dāng)旋轉(zhuǎn)83°時(shí)，兩者開始接觸，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，球體密封圈逐漸擠壓閥座密封面，閥座產(chǎn)生軸向位移與彈簧產(chǎn)生壓縮力建立球體與閥座的密封，直至球體旋轉(zhuǎn)90°，限位構(gòu)造起作用，球體停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)依靠彈簧的彈性勢能及介質(zhì)壓力作用，將閥座密封面緊貼于球體密封圈上，實(shí)現(xiàn)密封。三、主要構(gòu)造設(shè)計(jì)

1、閥座設(shè)計(jì)

本球閥在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到主要用于單向截?cái)嘟橘|(zhì)，因此在構(gòu)造上采用單閥座設(shè)計(jì)，即密封閥座設(shè)置在閥門出口端，進(jìn)口端無閥座。閥門中腔開放，介質(zhì)的流動(dòng)對中腔的沉積物可以自動(dòng)開展清洗。

傳統(tǒng)的球閥多采用雙閥座的構(gòu)造，在關(guān)閉位置，閥門中腔被兩個(gè)閥座隔離，當(dāng)閥門輸送介質(zhì)中含有泥沙等雜質(zhì)時(shí)，容易造成淤積。在閥門的啟閉過程中，淤積的雜質(zhì)常將密封圈刮傷，造成閥門內(nèi)漏。本新型構(gòu)造的球閥由于采用單閥座設(shè)計(jì)，中腔與進(jìn)口端直接相通，隨著閥門的逐漸關(guān)閉，過流面積不斷減小，介質(zhì)流速逐漸增大，淤積的雜質(zhì)被高速流動(dòng)的流體沖刷帶走。

2、球體密封圈設(shè)計(jì)

球體密封圈與球體本體采用分體構(gòu)造，如圖2所示，螺栓聯(lián)接、球體密封圈的密封部位球面半徑比球體本體半徑大2～4mm，這樣加工時(shí)只需要研磨出球體密封圈密封部位的球面即可，球體的其他部位表面粗糙度及其材料可不作較高的要求。

1.球體密封座2.O形圈3.球體

圖2分體構(gòu)造

這種構(gòu)造在很大程度上減少了球體的加工時(shí)間，提高了加工效率。而且可根據(jù)具體的使用工況條件選擇鑄造球體、半球體等構(gòu)造，節(jié)約生產(chǎn)制造成本。為防止介質(zhì)從連接的間隙處泄漏，在球體與密封圈連接處設(shè)置一道O形圈密封構(gòu)造，確保球體本體與密封圈的密封。為方便以后維修更換零部件，在球體本體與球體密封圈之間打定位銷，以防止更換零部件后裝配錯(cuò)位，影響密封性。

3、密封圈設(shè)計(jì)

密封圈采用矩形截面構(gòu)造的聚氨酯或聚四氟乙烯等無毒材質(zhì)，整體成型，無須機(jī)加工，更換方便，如圖3所示。也可將閥座內(nèi)、外圈加工成溝槽，用O形圈代替矩形密封圈(此構(gòu)造對加工精度的要求較高)。

1.密封圈2.閥座外圈3.O形圈4.閥座內(nèi)圈

圖3密封圈設(shè)計(jì)

4、球體固定構(gòu)造設(shè)計(jì)

球體采用上下支撐板固定式構(gòu)造設(shè)計(jì)，具體構(gòu)造如圖4所示。球體上下端分別加工有一圓形臺(tái)階，通過軸套Ι和自潤滑軸套Ⅱ與球體支撐板配合，球體支撐板兩端及左右閥蓋相對應(yīng)位置各準(zhǔn)確加工一組銷釘孔，支撐板通過銷釘分別固定在左右閥蓋上。采用支撐板固定球體的構(gòu)造，介質(zhì)力作用于球體后通過支撐板被傳遞到閥體上，不會(huì)像傳統(tǒng)固定球閥那樣將介質(zhì)力傳遞到閥桿上。

因此，采用支撐板固定球體的構(gòu)造在設(shè)計(jì)閥桿時(shí)，只需要計(jì)算操作閥門的力矩，而不必計(jì)算閥桿承受的剪切力，相對來說，閥桿直徑比傳統(tǒng)固定式球閥要小。

1.閥體2.閥柱銷3.球體支撐板4.球體5.軸套6.自潤滑軸套II

圖4球體固定構(gòu)造

5、閥桿密封構(gòu)造設(shè)計(jì)

閥桿密封處構(gòu)造設(shè)計(jì)屬動(dòng)密封類，對于頻繁動(dòng)作的閥門，若閥桿密封設(shè)計(jì)不合理，閥門啟閉一段時(shí)間后常會(huì)造成密封件的失效，產(chǎn)生泄漏。本球閥閥桿密封構(gòu)造如圖5所示，采用O形圈和Y形密封圈組合的密封構(gòu)造設(shè)計(jì)，閥桿座中間采用自潤滑構(gòu)造的復(fù)合襯套，可明顯減小操作力矩，襯套兩端各設(shè)置一個(gè)Y形橡膠密封圈，安裝方向如圖5所示。此構(gòu)造不但密封效果顯著，而且還能有效防止灰塵等雜質(zhì)進(jìn)入襯套而引起閥門操作力矩的增大或是損壞密封構(gòu)造。密封圈壓套內(nèi)外圓均設(shè)置一組O形圈密封構(gòu)造，密封效果很好。

1.密封圈壓套2.閥體3.O形圈4.墊片5.閥桿6.閥桿座7.襯套8.Y形密封圈

圖5閥桿密封構(gòu)造四、壓力試驗(yàn)與設(shè)計(jì)計(jì)算

該產(chǎn)品的壓力試驗(yàn)方向?yàn)榻橘|(zhì)流向方向(見圖6)，即閥門關(guān)閉，試驗(yàn)介質(zhì)由閥門左側(cè)進(jìn)入，初始密封主要依靠彈簧的加載力保證，較高介質(zhì)壓力下，依靠DCH和DMP的面積差形成的活塞效應(yīng)力使閥座密封圈緊壓球體密封座，實(shí)現(xiàn)密封，在承壓范圍內(nèi)，壓力越大，密封效果越好。

1.球體2.球體密封座3.密封圈4.圓柱銷5.法蘭6.閥蓋

圖6介質(zhì)流向方向

此球閥為出口密封構(gòu)造，其典型計(jì)算項(xiàng)目如下。

1)閥體壁厚

(1)式中p——計(jì)算壓力(設(shè)計(jì)給定);

Dn——計(jì)算內(nèi)徑(設(shè)計(jì)給定);

[σL]——許用拉應(yīng)力(查手冊表確定);

C——腐蝕余量(設(shè)計(jì)給定)。

2)密封比壓

(2)式中p——計(jì)算壓力(設(shè)計(jì)給定);

DMW——閥座密封面外徑(設(shè)計(jì)給定);

DCH——后閥座與閥體配合套筒外徑(設(shè)計(jì)給定);

DMN——閥座密封面內(nèi)徑(設(shè)計(jì)給定);

R——球體半徑(設(shè)計(jì)給定);

h——密封面投影寬度(設(shè)計(jì)給定);

ψ——球體與密封圈接觸點(diǎn)與通道軸法向夾角(設(shè)