1、概述

　　球閥由于具有流體阻力小、操作方便、啟閉迅速、密封性好和可靠性高等特點,在石油化工、長輸管線及城市供暖等行業得到了廣泛地應用。閥座材料采用聚四氟乙烯(或填充聚四氟乙烯)的稱為軟密封球閥,其使用溫度不超過200℃。閥座材料采用金屬制作的稱為硬密封球閥或高溫球閥,其使用溫度高于250℃。近年來為了滿足高溫工況的需要,國內外球閥生產企業通過優化高溫球閥密封結構,使其啟閉扭矩明顯降低,使用壽命大大延長,操作性能顯著提高。

2、球閥硬密封結構

2.1、密封特點

　　高溫球閥的密封特點主要是采用金屬密封副,其優點是適用溫度范圍廣,各種金屬的熱膨脹系數相差不大,只要選用得當,可以達到基本一致,有利于協調溫差變形。缺點是材料硬度高,達到密封所必須的比壓高,即使采用預緊力達到密封,但因密封比壓大,閥座和球體之間的磨損也很大,而且由于金屬密封面摩擦系數較大,導致球閥的啟閉力矩較大。因此,高溫球閥大多采用彈性密封副,其性能可靠,彈性補償能力強,適用溫度范圍廣,并對浮動球球閥和固定球球閥都適用。

　　高溫球閥在預緊力和流體壓力的作用下,閥座與球體壓緊,使閥座密封面產生變形而達到密封。其密封效果取決于閥座在流體壓力和預緊力的作用下,能夠補償球體不圓度和微觀不平度的程度。因此,閥座與球體之間必須具有足夠大的密封比壓qb ,且應滿足

qb < q <〔q〕

式中qb ———保證閥門密封的必須比壓,MPa
　　q———閥門工作時的實際比壓,MPa
　〔q〕———閥座材料的許用比壓,MPa

2.2、結構分析

(1)浮動球球閥密封結構

　　圖1所示硬密封高溫球閥由閥體、球體、閥桿、金屬閥座及閥座與閥體間的柔性石墨密封圈組成。兩個閥座以閥桿軸心為對稱中心嵌入閥體,閥座在閥體嵌入槽中滑動,閥座與閥體之間的密封靠柔性石墨密封圈來實現。由于柔性石墨密封圈可壓縮變形,該結構球閥在一定溫度范圍內使用不會因球體受熱膨脹卡住不能動作,此結構硬密封球閥可用于溫度不超過343℃的工況。

1.閥體　2.球體　3.閥桿　4.密封圈　5.閥座

圖1　對稱閥座高溫球閥

　　圖2所示高溫球閥用金屬彈性圈作閥座密封圈,用來補償溫差、壓力和磨損等外界條件變化對球閥密封性能影響。該閥由閥體、球體、閥桿、金屬閥座、閥座與閥體間的柔性石墨密封圈、金屬彈性圈、金屬彈性圈壓環及密封墊組成。兩個閥座一個為可在閥體嵌入槽中滑動的金屬閥座,另一個為可變形的金屬彈性圈閥座。該結構球閥在球體受熱膨脹時金屬彈性圈閥座可變形,使球體不致卡住不能動作。

1.密封圈　2.閥座　3.閥體　4.球體　5.閥桿 6.壓環　7.金屬彈性圈　8.密封墊

圖2　金屬彈性圈高溫球閥

　　圖3所示高溫球閥使用碟形彈簧加載密封副結構。該閥由閥體、球體、閥桿、閥后閥座、閥后閥座密封圈、閥前閥座、閥前閥座密封圈、壓環及碟形彈簧等組成。閥前閥座、閥前閥座密封圈、壓環為一組件,碟形彈簧壓在組件上。球閥裝配后碟形彈簧受壓,它一方面為閥門密封提供初始力,另一方面壓縮閥座和閥體間的密封圈,使閥座和閥體間密封。該結構球閥兩個閥座以閥桿軸心為對稱中心嵌入閥體,閥座可在閥體嵌入槽中滑動,在球體受熱膨脹時閥座組件滑動,碟形彈簧受壓變形,避免球體卡住不能動作。