強制密封球閥閥桿導向結構的優(yōu)化設計

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(zhì)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(yōu)點(diǎn)，具有密封性好，開(kāi)關(guān)無(wú)磨損，耐沖蝕，可在線(xiàn)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(gè)機械的楔緊力，以保證持續的緊密密封。

　　(2)開(kāi)關(guān)無(wú)磨損閥門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程中，球體偏離閥座后再轉動(dòng)，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(wèn)題。

　　(3)抗沖刷提升式閥桿實(shí)現了球體脫離閥座后再轉動(dòng)，球體和閥座在沒(méi)有接觸的情況下完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作。閥門(mén)在微開(kāi)啟和即將關(guān)閉時(shí)，流體是沿密封面在360°范圍內立即流動(dòng)的，流體開(kāi)始流動(dòng)時(shí)可以把閥座上存在的雜質(zhì)沖洗干凈。避免了普通球閥在微開(kāi)啟和即將關(guān)閉的瞬間產(chǎn)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(cháng)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(wú)卡塞 單閥座設計避免了閥門(mén)內腔壓力升高和容易卡塞的問(wèn)題。

　　(5)密封性能好球體和閥座密封面經(jīng)特殊硬化處理，能夠在不損壞密封完整性的情況下滿(mǎn)足非�？量坦�況的密封要求。

　　(6)易維護閥門(mén)采用上裝式結構，在系統泄壓后，可在線(xiàn)檢查和維修，使維護簡(jiǎn)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(guò)閥桿上部的導向槽與安裝在支架上的導向銷(xiāo)控制。開(kāi)啟閥門(mén)時(shí)，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(xiāo)相互作用，驅動(dòng)球體無(wú)摩擦轉動(dòng)至開(kāi)啟位置。關(guān)閉閥門(mén)時(shí)，閥桿帶動(dòng)球體在不接觸閥座的情況下轉動(dòng)，然后閥桿繼續下降，閥桿下端的平行楔形面與滾柱配合，產(chǎn)生楔緊力，帶動(dòng)球體壓緊閥座，實(shí)現閥門(mén)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(xiāo)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(gè)缺陷。①閥桿上部加工兩條對稱(chēng)的螺旋槽，削弱了閥桿的強度和產(chǎn)生應力集中，容易造成閥桿彎曲。②導向銷(xiāo)與閥桿上部的螺旋槽直接配合，無(wú)減磨措施，容易磨損，摩擦力大，嚴重時(shí)無(wú)法開(kāi)關(guān)強制密封球閥。③分體式閥桿的連接銷(xiāo)釘，如設計或材料選擇不當，容易造成銷(xiāo)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(xiàn)型(圖3)。螺旋桿式閥桿導向結構存在2個(gè)缺陷。①閥桿底部螺旋面與球體為不連續的線(xiàn)接觸，驅動(dòng)強度較低，且球體的導向銷(xiāo)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(yōu)化設計

　　經(jīng)過(guò)分析強制密封球閥閥桿導向結構存在的缺陷，對其結構進(jìn)行了優(yōu)化設計(圖4)。改進(jìn)后，閥桿導向銷(xiāo)穿過(guò)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(dòng)。逆時(shí)針轉動(dòng)執行機構，使閥桿上升，此時(shí)黃銅套與支架前后對稱(chēng)的螺旋槽的直行程段配合，限制閥桿只作上升運動(dòng)，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(chēng)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(dòng)球體作90°無(wú)摩擦旋轉，閥門(mén)開(kāi)啟。相反，順時(shí)針轉動(dòng)執行機構，使閥桿下降，此時(shí)黃銅套與支架前后對稱(chēng)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(dòng)球體作90°無(wú)摩擦旋轉。此時(shí)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(chēng)的螺旋槽直行程段限制閥桿只作下降運動(dòng)，閥桿下端的平行楔形面與滾柱配合，產(chǎn)生楔緊力，帶動(dòng)球體壓緊閥座，閥門(mén)關(guān)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。

1.閥體2.球體3.閥座4.滾柱5.閥桿5A.閥桿平行的楔形面6.閥蓋7.支架7A.支架前后對稱(chēng)的螺旋槽8.導向銷(xiāo)9.執行機構10.黃銅套11.軸性擋圈

圖4 強制密封球閥閥桿導向結構優(yōu)化設計

5、結語(yǔ)

　　改進(jìn)后的強制密封球閥閥桿導向結構由于不直接在閥桿上加工螺旋槽，使閥桿強度高，不容易產(chǎn)生應力集中和彎曲現象。支架上的螺旋槽與黃銅套配合實(shí)現閥桿上升(或下降)和90°旋轉。黃銅套具有自潤滑作用，屬于減磨零件，有效降低了開(kāi)關(guān)力矩。閥桿和支架加工簡(jiǎn)單，提高了生產(chǎn)效率。