球阀的关闭密封不可避免存在球的偏心转动干扰.doc

球阀的关闭密封不可避免存在球的偏心转动干扰，而球阀座则是一个干扰放大器并拥有固有的抗干扰系数m。按等边三角截面法设计球阀座，可确保其拥有足够的抗干扰能力，使球阀完全靠球浮动或座浮动实现关闭密封，使球阀操作转动力矩至少降低一半。 ????关键词：浮动球阀；轴耳固定球阀；阀座固定球阀；三角形法设计；阀座抗干扰系数 ????中图分类号：文献标志码：B ????1概述 ????球阀是中央有个通孔的球作开关的阀门，传统上分为浮动球阀和轴耳固定球阀两种。浮动球阀结构见图1。浮动球阀的开关球经阀座密封对接在阀体中转动，转动到通孔与通道口对准时为全通，转动到通孔与通道口成90°时为全闭。浮动球阀的开关球通过槽与操作阀杆相连，在介质压力作用下，可相对阀杆或阀体浮动在下游阀座上，从而实现关闭密封。轴耳固定球阀的开关球通过以阀杆作轴的轴耳固定在阀体上，在介质压力作用下，不可相对阀体浮动，只能通过上游阀座的浮动实现关闭密封。因此，浮动球阀的阀座可以是固定阀座，轴耳固定球阀的阀座是浮动阀座。 ????球阀座的作用是完成开关球与阀体的斜角对接和密封，因此，球阀座至少有(当然也可只有)3个互成角度的表面：对开关球的密封面、对阀体的密封面和对阀体的力平衡支承面。如果只有这3个表面，则意味着球阀座是无表面裸露并以三角形为截面的。如果无表面裸露，则密封性能优异的软阀座，可象液压缸中的液压油一样，既难于发生压缩变形，又难于发生缝隙挤出流动变形或被挤破，拥有比材料本身许用承载能力更高的承载能力，可达到很高的压力应用极限，寿命更长且可靠性更高。 ????? 图1浮动球阀结构图 ?对应图1关闭状态时的A-A剖面图见图2，等边三角截面密封环的三面相等受力F和不等受力面积(因回转半径存在差异)正好满足各面不等应力的需要，应力稍大的球密封面AB正好满足其对球的动密封，应力稍小的体密封面BC正好满足其对体的静密封，应力再稍小的支承面CA正好满足其在支承环上的滑动。再者，只有等边三角截面才能避免阀座出现小于60?的薄弱角。因此，如果球阀座以三角形为截面，则应以等边三角形为截面。 图2以等边三角形为截面轮廓的复合球阀座 对应图1的X局部放大视图见图3和图4。图3所示的球阀座截面虽然不是等边三角形，但却是由等边三角形ABC决定的，边AB是球密封弦、边BC是座的体密封面形成边、边CA的投影边CD是座的圆柱支承面形成边。图4所示的球阀座截面虽然也不是等边三角形，但还是由等边三角形ABC决定的，边AB是球密封弦、边BC的投影边CF′或其延长边CF是座的端密封面形成边、边CA的投影边CD是座的圆柱支承面形成边。 图3以等边三角形为截面成分的球阀座 图4以等边三角形为截面要素的球阀座 图2～图4的等边三角形ABC的方位都是阀座的方位，3个顶点的回转直径Do、Ds和Di(De)或其相关流通面积Ae、Ac、Aep和As(Ds对应圆面积)都是阀座的密封性能界定参数。因此，球阀座的设计可都是对其截面基准结构——等边三角形的设计。??2开关球浮动密封工作条件 ????图5是图1中处在关闭状态的开关球与阀座。图5中p为介质压强；Fh为座对球的安装夹持力(代表图1中的阀体)；Fs=Asp，为球的浮动密封力(介质对球的推力)；Fu=(Ae+Ac)p，为座的介质去密封力，即介质对座的推力；As为球的介质作用面积，即直径Ds对应圆面积；Ae为座的中腔裸露面积，即裸露环的流通面积；Ac为座的球覆盖面积，即覆盖环的流通面积；Au=Ae+Ac，为座的介质作用面积；Ds为座的球作用直径，Do为座外径，Di为座内径，De为座的通道裸露环流通面积Aep对应的直径。 ????对于如图5所示的浮动球阀，当Fs≤Fh时，右边下游阀座与开关球间的作用力是Fh(此时的Fs至多是全部取代左边上游阀座对球的安装夹持力Fh，并不增加球与下游阀座间的作用力)；当FsFh时，下游阀座与开关球间的作用力是Fs而不是Fh(此时的Fh已被Fs全部取代)。也就是说，对于浮动球阀，开关球与阀座间的密封作用力不是Fh就是Fs，浮动球阀的开关密封不是靠阀座对球的安装夹持力Fh就是靠开关球的浮动密封力Fs实现，不可能靠二者同时起作用。但无论哪个起作用，根据美国《ASME锅炉与压力容器法规VIII卷1册附录2》的基本理念，二者都必须是座的介质去密封力的m倍(m为阀座抗干扰系数，其大小为密封面上的密封作用力比去密封作用力或介质的密封作用面积比去密封作用面积)，即Fh和Fs都必须等于m(Ae+Ac)p，否则在密封干扰脉冲到来时，浮动球阀无法抵抗密封脉冲干扰而维持可靠密封。所以，浮动球阀开关球的浮动密封工作条件是Fs=m(Ae+Ac)pFh，而且m越大越有利于提高阀的开关可靠性。 图5 处在关闭状态的开关球与阀座? 图5 处在关闭状态的开