球閥,是應用較為廣泛的閥門之一,它出現(xiàn)很早,推廣使用較晚。它的工作原理與旋塞閥一樣,都是靠旋轉閥芯來使閥門啟閉的,但比旋塞閥開關輕便,相對體積小,可以做成大口徑閥門。球閥密封可靠,結構簡單,維修方便,密封面與球體常在閉合狀態(tài),不易被介質沖蝕。目前,國外球閥口徑已達3050cm,在石油、化工、冶金、輕紡、食品、原子能、航空等部門廣泛使用。
1、球閥的分類
球閥分為兩大類:浮動式、固定式(見圖1)
a、浮動式球閥
b、固定式球閥
圖1浮動式、固定式球閥結構
1.1、浮動式球球閥
球閥的球體是浮動的,在介質壓力作用下,球體能產生一定的位移并緊壓在出口端的密封面上,保證球閥的密封。浮動球球閥的結構簡單,密封性好,但球體承受工作介質的載荷全部傳給了出口密封圈,因此要考慮密封圈材料能否經受得住球體介質的工作載荷。這種結構,廣泛用于中低壓球閥。
1.2、固定球球閥
球閥的球體是固定的,受壓后不產生移動。固定球球閥都帶有浮動閥座,受介質壓力后,閥座產生移動,使密封圈緊壓在球體上,以保證密封。通常在與球體的上、下軸上裝有軸承,操作扭距小,適用于高壓和大口徑的閥門。為了減少球閥的操作扭矩和增加密封的可靠程度,近年來又出現(xiàn)了油封球閥,既在密封面間壓注特制的潤滑油,以形成一層油膜,即增強了密封性,又減少了操作扭矩,更適用高壓大口徑的球閥。
本文主要對浮動式大口徑球閥的密封性啟閉力矩等作粗淺的探討,希望能對球閥的應用有所幫助。
2、浮動球閥的密封
浮動球球閥的結構簡單,密封性好,但球體承受工作介質的載荷全部傳給了出口密封圈,因此密封圈材料能否經受得住球體介質的工作載荷是關鍵。一般說來,密封圈都是用聚四氟乙烯等彈性材料制造,金屬與非金屬材料組成密封副,也就是通常稱為軟密封。軟密封的密封性容易保證,而且對密封表面的加工精度與表面粗糙度要求也不很高。在介質的壓力下,球體向出口端位移并壓緊閥座,這時,球體壓在閥座上的力QMJ為:
式中:[q]—許用應力(聚四氟乙烯許用應力為1530N·M)
對于帶彈性元件的閥座,它的工作可靠性和使用期限很大程度上取決于正確選擇密封閥座的預壓縮力。
低壓時,在預緊力不足的情況下,將不能保證球閥的密封,過渡的壓縮會引起球體和閥座間的摩擦力矩增加,并可能引起閥座材料的塑性變形。
閥座與閥體槽之間的間隙δ1,是保證球閥正常工作的基本條件,在選擇間隙δ1時,必須考慮預壓縮閥座的均勻伸長應在總的彈性變形范圍內,對此采用:
式1
式中:DMW—閥座密封面外徑
DMN—閥座密封面內徑
P—介質工作壓力
為了保證低壓時的密封,球閥和閥座所必須的預緊比壓不應小于1200N·M,預緊密封主要靠閥座本身的彈性,所以密封面的寬度是受一定限制的,計算式為:
式2
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