球閥閥座結(jié)構(gòu)選型指導(dǎo)

【資料簡介】

1球閥閥座結(jié)構(gòu)選型指導(dǎo) 概述
    球閥的主要功能是切斷或接通管道中的流體通道。球閥的工作原理是借助驅(qū)動裝置在閥桿上端施加一定的轉(zhuǎn)矩傳給球體，使其旋轉(zhuǎn)90°，完成開啟或關(guān)閉閥門的 動作。球閥閥座的密封原理依其結(jié)構(gòu)而異，常用的閥座結(jié)構(gòu)可分為固定閥座浮動球體與浮動閥座固定球體兩大類。當(dāng)閥座固定球體浮動時，在流體壓力作用下球體在 流體流動方向產(chǎn)生位移，使它與閥后閥座密封而   緊密地接觸，即在該密封面上的比壓增大，形成單面密封，同時，閥前閥座密封面上的比壓相應(yīng)減小，往往不保證 密封。當(dāng)閥座浮動球體固定時，流體壓力不能使球體產(chǎn)生位移，而是閥座借助于彈簧或流體推力壓向球體，建立密封比壓。

    2 球閥閥座結(jié)構(gòu)選型指導(dǎo)結(jié)構(gòu)
    2.1 軟密封閥座
   （1）普通式
    普通閥座（圖1）的特點(diǎn)是在預(yù)緊力或流體壓力作用下閥座與球體壓緊，并使閥座材料產(chǎn)生彈塑性變形而達(dá)到密封，其密封效果取決于閥座在流體壓力或預(yù)緊力的作用下補(bǔ)償球體圓度和表面微觀不平度的能力。因此，閥座與球體之間   具有足夠大的密封比壓。

   （2）彈性式
    彈性閥座（圖2）借助于彈性元件，如金屬彈簧架和彈簧等，在預(yù)緊力或流體壓力下產(chǎn)生彈性變形，以補(bǔ)償溫差、壓力和磨損等外界條件變化對球體密封性能的影響。

   （3）彈簧組合式
    彈簧組合式閥座（圖3）是沿閥門通道橫向截面圓周均布一組壓縮彈簧或僅用一只碟型彈簧的推力，始終保持閥座壓緊球體而達(dá)到預(yù)緊狀態(tài)。 

（4）活塞式閥座
    活塞式閥座（圖4）是依靠進(jìn)口介質(zhì)壓力產(chǎn)生密封力，閥座被推動壓緊球體，密封圈產(chǎn)生彈塑性變形實(shí)現(xiàn)密封。截斷泄放閥座在閥腔內(nèi)的壓力異常升高到大于下游端壓力時，形成的壓差作用產(chǎn)生向外推力，克服彈簧力使閥座與球體脫離，實(shí)現(xiàn)閥腔的壓力向下游排放，之后在彈簧的作用下，閥座重新與球體貼合。

    雙倍運(yùn)動閥座是當(dāng)中腔壓力大于出口壓力時，使閥座壓緊球體，密封圈產(chǎn)生彈塑性變形實(shí)現(xiàn)密封。該閥使用時，一旦上游密封意外失效產(chǎn)生泄漏，下游閥座實(shí)現(xiàn)密封。
    雙級密封式閥座對于承受較大密封力的采用橡膠和塑料組合密封結(jié)構(gòu)，橡膠主要起密封作用，塑料起支承和輔助密封雙重作用。
   （5）特殊結(jié)構(gòu)式
    特殊結(jié)構(gòu)式閥座（圖5）有內(nèi)或外調(diào)節(jié)式、波紋管式、注脂密封式、雙推動式和組合式。
圖5 特殊結(jié)構(gòu)式閥座

    內(nèi)調(diào)節(jié)式閥座是閥座與球體之間的密封比壓靠內(nèi)調(diào)整螺母調(diào)節(jié)，其優(yōu)點(diǎn)是沒有向外的泄漏點(diǎn)。外調(diào)節(jié)式閥座是閥座與球體之間的密封比壓靠外部調(diào)節(jié)螺塞壓緊楔塊使伸縮套產(chǎn)生位移進(jìn)行調(diào)整。
    波紋管式閥座一般采用電子束焊或氬弧焊與閥座和導(dǎo)向套相連。設(shè)計時，應(yīng)保證閥座密封中心小于波紋管中徑，此結(jié)構(gòu)具有密封性可靠，彈性補(bǔ)償范圍大，三維空間靈活的特點(diǎn)。
    注脂密封式閥座可以增加密封性能，減小閥座的摩擦和磨損，延長使用壽命，并防止球閥在使用過程中，因閥座損壞或火災(zāi)而造成事故。可在閥座上增設(shè)一組注脂孔。注脂密封僅起輔助密封作用或作為臨時應(yīng)急措施。
    雙推動式閥座是當(dāng)N室與控制壓力接通時，閥座與球體壓緊并保持密封。當(dāng)M室通控制壓力而N室向外界排出壓力時，閥座即后退，使之與球體脫離 接觸，閥座與球體之間的磨損和摩擦以及操作轉(zhuǎn)矩   小，適合于高中壓大口徑球閥。組合式由彈簧組閥座與活塞式閥座組合而成。前者起主要密封作用，后者接通控 制壓力，起輔助密封作用。

    2.2球閥閥座結(jié)構(gòu)選型指導(dǎo) 硬密封閥座
   （1）本體堆焊式
    本體堆焊式閥座（圖6）是在某種金屬材料上堆焊硬質(zhì)合金，閥座帶有一個彈性尾座，有利于減少密封面的摩擦損傷。
2）多層式
    多層式密封閥座（圖7）是多層不銹鋼片和多層薄石墨片交替疊放經(jīng)特殊的加工手段卷壓制而成的，提高了高溫高壓下的性能。
   （3）空心管式
    空心管式密封閥座（圖8）內(nèi)外是襯套，中間是不銹鋼管，靠空心的彈力使閥座壓緊球體。
   （4）旋轉(zhuǎn)式
    旋轉(zhuǎn)密封閥座（圖9）主要特點(diǎn)是閥門在啟閉過程中，閥座可沿通道軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其結(jié)構(gòu)在閥座的圓周上分布一圈齒牙，球體每關(guān)閉一次，閥座旋轉(zhuǎn)一個齒。這樣使閥座沿圓周產(chǎn)生均勻磨損，從而改善了閥座工作狀況，延長了閥座的使用壽命。

    3 球閥閥座結(jié)構(gòu)選型指導(dǎo)密封材料
    閥座密封材料主要有特殊高分子和金屬密封2類。
    3.1 特殊高分子材料
    高分子材料分通用高分子材料和特殊高分子材料兩大類。通用高分子材料主要有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和呋喃樹脂等。特殊高分子材料主要有聚四氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚全氟乙丙烯、聚醚醚酮和聚酰亞胺等。
    （1）聚四氟乙烯
    聚四氟乙烯（PTFE-F4）具有優(yōu)良的耐熱性和耐寒性，并具有不粘性、良好的自潤滑性和低摩擦系數(shù)（0.05）等特點(diǎn)，但是有冷流傾向。 可工作在-250~260℃之間，可承受5MPa載荷，密度為2.2g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.25W/（m.c），線膨脹系數(shù)為 （10~15）×10-5/℃，抗拉強(qiáng)度為10~30MPa，彈性模量為400MPa，抗壓強(qiáng)度為710MPa，彎曲強(qiáng)度為14MPa。能耐濃酸、濃堿、 強(qiáng)氧化劑（如王水）和任何濃度沸騰的等介質(zhì)。

    （2）聚三氟氯乙烯
    聚三氟氯乙烯（PCTFE-F3）具有優(yōu)良的耐寒性，強(qiáng)度和硬度高，尺寸穩(wěn)定性好，無冷流傾向。使用溫度在-195~120℃，密度為 2.1g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.058W/（m.c），線膨脹系數(shù)為（415~710）×10-5/℃，抗拉強(qiáng)度為35~40MPa，彈性模量為 1300MPa，抗壓強(qiáng)度為50~70MPa，彎曲強(qiáng)度為70MPa。能耐較高溫下的無機(jī)酸、較低溫度下的鹽溶液強(qiáng)氧化劑，也能耐室溫下的大多數(shù)有機(jī)介 質(zhì)。
    （3）聚全氟乙丙烯
    聚全氟乙丙烯（PFEP-F46）具有耐高溫和耐低溫性能，可在-85~205℃范圍內(nèi)工作，密度為2.1g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為 0.25W/（m.c），線膨脹系數(shù)為（9.5~19.6）×10-5/℃，抗拉強(qiáng)度為19~20MPa，抗壓強(qiáng)度為710MPa，彎曲強(qiáng)度為 14MPa。具有與聚四氟乙烯相當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)穩(wěn)定性，能耐各種濃度的無機(jī)酸、堿、醇、酮、烴類、鹵代烴、芬烴、油脂和去污劑等。

    （4）聚酰胺
    聚酰胺（N1010）在常溫下具有較高的抗拉強(qiáng)度，良好的沖擊韌性，高的硬度和疲勞強(qiáng)度，特別是耐磨性和自潤滑性能優(yōu)異，低摩擦系數(shù) （0.03）等特點(diǎn)。密度為1.5g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.25W/（m#c），線膨脹系數(shù)約為10.5×10-5/℃，抗拉強(qiáng)度為196MPa，彈性 模量為1300MPa，抗壓強(qiáng)度為310MPa，彎曲強(qiáng)度為310MPa，耐化學(xué)性能良好，耐弱酸、弱堿和一般溶液，耐油性能優(yōu)異。

    （5）對位聚苯
    對位聚苯（PPL）具有耐高溫性，耐化學(xué)腐蝕性，抗溶劑性，自潤滑性，耐輻射性，低摩擦系數(shù)（0.13）等特點(diǎn)。密度為2g/cm3，線膨 脹系數(shù)約為5.1×10-5/℃，硬度為80HS，抗拉強(qiáng)度為16MPa，抗壓強(qiáng)度為48MPa，彎曲強(qiáng)度為28MPa。能耐硫酸等強(qiáng)酸強(qiáng)堿的腐 蝕。

6）聚醚醚酮
    聚醚醚酮（PEEK）具有熱固性塑料的耐熱性，化學(xué)穩(wěn)定性和熱塑性塑料的成型加工性能，連續(xù)使用溫度可達(dá)240℃以上，玻璃纖維增強(qiáng)可達(dá) 300℃以上，密度為1.3g/cm3，抗拉強(qiáng)度為162MPa，彎曲強(qiáng)度為233MPa。除濃硫酸及硝酸外，能耐大多數(shù)及無機(jī)溶劑的侵蝕，可在 200~260℃的蒸汽中使用。

    （7）聚酰亞胺
    聚酰亞胺（PI）是一種新型耐高溫工程塑料，可在-240~260℃的空氣中使用，具有優(yōu)異的電絕緣性、耐磨性、抗高溫輻射性能和物理 機(jī)械性能。抗拉強(qiáng)度為100MPa，彈性模量為4MPa。在室溫下能耐稀酸和大多數(shù)有機(jī)溶劑，但不耐強(qiáng)氧化酸和強(qiáng)酸，也不宜浸于水中。

    3.2 金屬密封材料
    金屬密封表面硬度高且有合適的硬度差。可通過表面硬化來提高硬度，增強(qiáng)耐磨性能。金屬密封材料主要有鉻基硬質(zhì)合金、鈷基硬質(zhì)合金、鎳合金、碳化鎢、不銹鋼等（表1）。
表1 金屬密封材料

    4 結(jié)語
    閥座和密封圈是球閥的關(guān)鍵部件。密封圈應(yīng)具有優(yōu)良的穩(wěn)定性，較小的摩擦系數(shù)，不易老化，密封性能好。閥座應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和剛度，間隙適中，受壓時不易變形。金屬密封閥座應(yīng)滿足高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、超低溫、零泄漏、長壽命、防火   和耐壓耐磨等功能。