簡述浮動式球閥密封性與啟閉力矩

球閥。是shi應ying用yong較jiao為wei廣guang泛fan的de閥fa門men之zhi一yi，它ta出chu現xian很hen早zao，推tui廣guang使shi用yong較jiao晚wan。它ta的de工gong作zuo原yuan理li與yu旋xuan塞sai閥fa一yi樣yang，都dou是shi靠kao旋xuan轉zhuan閥fa芯xin來lai使shi閥fa門men啟qi閉bi的de，但dan比bi旋xuan塞sai閥fa開kai關guan輕qing便bian，相xiang對dui體ti積ji小xiao
，可ke以yi做zuo成cheng大da口kou徑jing閥fa門men。球qiu閥fa密mi封feng可ke靠kao，結jie構gou簡jian單dan

，維wei修xiu方fang便bian，密mi封feng麵mian與yu球qiu體ti常chang在zai閉bi合he狀zhuang態tai，不bu易yi被bei介jie質zhi衝chong蝕shi。目mu前qian，國guo外wai球qiu閥fa口kou徑jing己ji達da 3050cm
，在石油

、化工、冶金
、輕紡、食品
、原子能、航空等部門廣泛使用。

1.1 浮動式球球閥

球qiu閥fa的de球qiu體ti是shi浮fu動dong的de，在zai介jie質zhi壓ya力li作zuo用yong下xia，球qiu體ti能neng產chan生sheng一yi定ding的de位wei移yi並bing緊jin壓ya在zai出chu口kou端duan的de密mi封feng麵mian上shang，保bao證zheng球qiu閥fa的de密mi封feng。浮fu動dong球qiu球qiu閥fa的de結jie構gou簡jian單dan
，密mi封feng性xing好hao，但dan球qiu體ti承cheng受shou工gong作zuo介jie質zhi的de載zai荷he全quan部bu傳chuan給gei了le出chu口kou密mi封feng圈quan，因yin此ci要yao考kao慮lv密mi封feng圈quan材cai料liao能neng否fou經jing受shou得de住zhu球qiu體ti介jie質zhi的de工gong作zuo載zai荷he。這zhe種zhong結jie構gou，廣guang泛fan用yong於yu中zhong低di壓ya球qiu閥fa。

1.2 固定球球閥

球qiu閥fa的de球qiu體ti是shi固gu定ding的de，受shou壓ya後hou不bu產chan生sheng移yi動dong。固gu定ding球qiu球qiu閥fa都dou帶dai有you浮fu動dong閥fa座zuo

，受shou介jie質zhi壓ya力li後hou
，閥fa座zuo產chan生sheng移yi動dong
，使shi密mi封feng圈quan緊jin壓ya在zai球qiu體ti上shang，以yi保bao證zheng密mi封feng。通tong常chang在zai與yu球qiu體ti的de上shang
、xiazhoushangzhuangyouzhoucheng，caozuoniujuxiao
，shiyongyugaoyahedakoujingdefamen。weilejianshaoqiufadecaozuoniujuhezengjiamifengdekekaochengdu，jinnianlaiyouchuxianleyoufengqiufa，jizaimifengmianjianyazhutezhiderunhuayou，yixingchengyicengyoumo，qinzengqianglemifengxing
，youjianshaolecaozuoniuju
，gengshiyonggaoyadakoujingdeqiufa。

本文主要對浮動式人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(fu)動(dong)球(qiu)球(qiu)閥(fa)的(de)結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)

，密(mi)封(feng)性(xing)好(hao)
，但(dan)球(qiu)體(ti)承(cheng)受(shou)工(gong)作(zuo)介(jie)質(zhi)的(de)載(zai)荷(he)全(quan)部(bu)傳(chuan)給(gei)了(le)出(chu)口(kou)密(mi)封(feng)圈(quan)，因(yin)此(ci)密(mi)封(feng)圈(quan)材(cai)料(liao)能(neng)否(fou)經(jing)受(shou)得(de)住(zhu)球(qiu)體(ti)介(jie)質(zhi)的(de)工(gong)作(zuo)載(zai)荷(he)是(shi)關(guan)鍵(jian)。一(yi)般(ban)說(shuo)來(lai)

，密(mi)封(feng)圈(quan)都(dou)是(shi)用(yong)聚(ju)四(si)氟(fu)乙(yi)烯(xi)等(deng)彈(dan)性(xing)材(cai)料(liao)製(zhi)造(zao)，金(jin)屬(shu)與(yu)非(fei)金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)組(zu)成(cheng)密(mi)封(feng)副(fu)，也(ye)就(jiu)是(shi)通(tong)常(chang)稱(cheng)為(wei)軟(ruan)密(mi)封(feng)。軟(ruan)密(mi)封(feng)的(de)密(mi)封(feng)性(xing)容(rong)易(yi)保(bao)證(zheng)，而(er)且(qie)對(dui)密(mi)封(feng)表(biao)麵(mian)的(de)加(jia)工(gong)精(jing)度(du)與(yu)表(biao)麵(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)要(yao)求(qiu)也(ye)不(bu)很(hen)高(gao)。在(zai)介(jie)質(zhi)的(de)力(li)下(xia)，球(qiu)體(ti)向(xiang)出(chu)口(kou)端(duan)位(wei)移(yi)並(bing)壓(ya)緊(jin)閥(fa)座(zuo)，這(zhe)時(shi)，球(qiu)體(ti)壓(ya)在(zai)閥(fa)座(zuo)上(shang)的(de)力(li) QMJ 為：

式中：DMW—閥座密封麵外徑
，DMN—閥座密封麵內徑，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於 1200N•M，預緊密封主要靠閥座本身的彈性，所以密封麵的寬度是受一定限製的，計算式為：

式中：[q]—許用應力（琢明氟乙烯許用應力為 1530N•M

對於帶彈性元件的閥座，它的工作可靠性和使用期限很大程度上取決於正確選擇密封閥座的預壓縮力。

diyashi，zaiyujinlibuzudeqingkuangxia
，jiangbunengbaozhengqiufademifeng

，guodudeyasuohuiyinqiqiutihefazuojiandemocalijuzengjia
，bingkenengyinqifazuocailiaodesuxingbianxing。

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仲長應在總的彈性變形範圍內，對此采用：

式中：DMP—閥座平均直徑；σMJ—彈性變形範圍內閥座橫截麵的許用應力
，對聚四氟乙烯製閥座
，σMJ=820 (N-M)；E—閥座材料的彈性模數
，對聚四氟乙烯製閥座，E=48000~81600 (N-M)。

閥fa座zuo的de密mi封feng材cai料liao一yi般ban都dou是shi用yong聚ju四si氟fu乙yi烯xi
，在zai現xian有you塑su料liao中zhong，化hua學xue穩wen定ding性xing最zui強qiang的de是shi聚ju四si氟fu乙yi烯xi，它ta對dui化hua學xue作zuo用yong的de穩wen定ding甚shen至zhi超chao過guo貴gui重zhong金jin屬shu金jin和he鉑bo、玻璃、陶瓷、搪瓷
、特種鋼材和合金。化學腐蝕性較強的物質一濃酸、稀酸
、濃堿液
、最強的氧化劑也不能對聚四氟乙烯起任何作用
，有“塑科王”之稱。除某些鹵化胺或芳香烴使聚四氟乙烯塑料有輕微的溶脹現象之外，酮類、酸類、酷類等有機溶劑對聚四氟乙烯都無作用
，不會發生重量變化及溶脹現象。對它能發生作用的僅為熔融態的堿金屬、三氟化氯及元素氟等，但也隻是在高溫、高壓下作用才顯著。此外，聚四氟乙烯也不受氧或紫外線的作用，不吸水、具有不燃性。它具有很高的耐熱性和耐寒性
，使用溫度範圍為 -180~250℃，在 250℃ 處理 240h，力學性能無降低，390℃ 每小時失重 0.006%。它的介電性能優良，並且電性能不受頻率和溫度的影響，可在 250℃ 下長期工作。由上可知，用聚四氟乙烯作為球閥的密封是較為理想的。

 

聚(ju)四(si)氟(fu)乙(yi)烯(xi)的(de)彈(dan)性(xing)模(mo)數(shu)值(zhi)很(hen)大(da)

，因(yin)此(ci)，材(cai)料(liao)的(de)性(xing)能(neng)決(jue)定(ding)了(le)其(qi)彈(dan)性(xing)變(bian)形(xing)很(hen)小(xiao)
，一(yi)但(dan)長(chang)期(qi)便(bian)用(yong)，材(cai)料(liao)的(de)彈(dan)性(xing)不(bu)足(zu)以(yi)彌(mi)補(bu)密(mi)封(feng)麵(mian)的(de)磨(mo)損(sun)
，這(zhe)時(shi)球(qiu)閥(fa)的(de)密(mi)封(feng)就(jiu)要(yao)破(po)壞(huai)，因(yin)此(ci)，在(zai)設(she)計(ji)閥(fa)座(zuo)時(shi)考(kao)慮(lv)如(ru)何(he)從(cong)結(jie)構(gou)上(shang)增(zeng)加(jia)它(ta)的(de)彈(dan)性(xing)，我(wo)們(men)選(xuan)用(yong)了(le)彈(dan)性(xing)結(jie)構(gou)。

這種閥座有如下特點：

(1) 密封麵內有一個角度 40° ±1；

(2) 密封閥座底部有一個 R2 的半圓槽；

(3) 與閥體的配合留有間隙 δ1 可增加彈性。

結構原理為：在無預緊力裝配時，球體與 A 點相切，裝配預緊力使球軸位移，位移一般在 0.2~0.4(mm) 之(zhi)間(jian)，當(dang)球(qiu)體(ti)受(shou)到(dao)壓(ya)力(li)後(hou)，球(qiu)體(ti)隨(sui)壓(ya)力(li)方(fang)向(xiang)緊(jin)貼(tie)在(zai)密(mi)封(feng)麵(mian)上(shang)，這(zhe)時(shi)密(mi)封(feng)圈(quan)向(xiang)外(wai)膨(peng)脹(zhang)，使(shi)密(mi)封(feng)麵(mian)與(yu)球(qiu)麵(mian)不(bu)會(hui)貼(tie)的(de)太(tai)緊(jin)而(er)造(zao)成(cheng)扭(niu)矩(ju)增(zeng)大(da)

，卸(xie)壓(ya)後(hou)，密(mi)封(feng)閥(fa)座(zuo)基(ji)本(ben)上(shang)又(you)恢(hui)複(fu)到(dao)原(yuan)來(lai)安(an)裝(zhuang)時(shi)的(de)位(wei)置(zhi)。

自緊密封，是較為特殊的密封形式，滬工閥門廠生產的大口徑球閥，閥杆密封全部采用該結構。工作原理是：利(li)用(yong)介(jie)質(zhi)壓(ya)力(li)進(jin)行(xing)自(zi)緊(jin)密(mi)封(feng)
，它(ta)的(de)密(mi)封(feng)圈(quan)裝(zhuang)在(zai)內(nei)錐(zhui)體(ti)外(wai)，跟(gen)介(jie)質(zhi)相(xiang)向(xiang)的(de)一(yi)麵(mian)成(cheng)一(yi)定(ding)角(jiao)度(du)，介(jie)質(zhi)壓(ya)力(li)傳(chuan)給(gei)內(nei)錐(zhui)體(ti)
，以(yi)傳(chuan)遞(di)給(gei)密(mi)封(feng)圈(quan)，在(zai)一(yi)定(ding)角(jiao)度(du)的(de)錐(zhui)麵(mian)上(shang)產(chan)生(sheng)兩(liang)個(ge)分(fen)力(li)，一(yi)個(ge)與(yu)閥(fa)體(ti)中(zhong)心(xin)線(xian)平(ping)行(xing)向(xiang)外(wai)


，另(ling)一(yi)壓(ya)向(xiang)閥(fa)體(ti)內(nei)壁(bi)
，後(hou)麵(mian)這(zhe)個(ge)力(li)便(bian)是(shi)自(zi)緊(jin)力(li)，介(jie)質(zhi)壓(ya)力(li)愈(yu)大(da)，自(zi)緊(jin)力(li)也(ye)愈(yu)大(da)
，考(kao)慮(lv)到(dao)低(di)壓(ya)時(shi)的(de)密(mi)封(feng)
，在(zai)自(zi)緊(jin)密(mi)封(feng)上(shang)麵(mian)必(bi)須(xu)增(zeng)加(jia)一(yi)定(ding)的(de)預(yu)緊(jin)力(li)，保(bao)證(zheng)其(qi)密(mi)封(feng)性(xing)能(neng)。

3 球閥的扭矩

球閥摩擦力的大小，不僅取決於介質的工作壓力和閥門的通徑，而且和球閥的形式、密封和支承部件的結構及密封材料的性質有關
，此外
，每一具體結構中，密封座上的摩擦力還取決於球閥轉動的角度。

在正常差壓下動作的扭矩：當球閥轉動開啟到 30° 時
，出現最大值，全開時（90°）為零
，實際上
，當球閥轉到 80° 時
，壓差通常大大地小於最大值。

當關閉球閥時壓差最大
，隨著它的打開程度增加而逐漸減小，因而在壓力恒定的情況下
，最大力扭矩產生轉動到 30°~40° 時。球閥的工作可劃分為二個主要階段。

(1) 從球體啟動到開始打開球閥階段，這個階段球體中僅作用著由密封元件中預緊力和工作介質靜壓力所產生的摩擦力。

(2) 從開始打開閥門到球孔與閥門通道完全重合階段，這個階段對靜壓差產生的摩擦力，還要加上由於液體或氣體介質力作用的力。

隨著閥門的關閉，球體將堵住通孔，這樣
，球體上的流體動作力將減小，而差壓增大。

 

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