頂裝式球閥的研究與設計

摘 要：球閥是流體管道系統中常用的截斷類裝置，通過控制啟閉件的開關來接通或截斷管道中的介質。文章介紹了一種頂裝式球閥，分析了該閥門的結構和工作原理。

關鍵詞：頂裝式球閥；結構；工作原理

1 概述

球閥是流體管道系統中常用的截斷類裝置，通過控制啟閉件的開關來接通或截斷管道中的介質。球閥的啟閉件是個球體，球體繞閥桿軸線作90度旋轉，就可以實現閥門的開關，結構簡單、啟閉迅速、操作方便、流阻小，所以成為工業和民用管道系統里最常用的閥種之一。由于球閥的廣泛應用，其檢修操作也就成了管道系統的日常保養和維護工作之一。目前管道上使用的球閥大多是球體側裝入閥體的結構，這種側裝球閥的球體被兩邊的閥座緊緊抱住，使球體在閥桿軸線方向的運動被約束，所以必須要把整個閥門從管道上拆下來才能拿出球體和其他的閥門內部零件。現在很多施工現場要求在線對球閥進行檢修操作，即不必把整個球閥從管道上拆下來，就能對其內部零件進行維修和更換。這就要求球閥有在線維修的功能，頂裝式球閥就具有該功能。

2 工作原理和結構特點

該頂裝式球閥能夠實現在管線上更換閥門的內部零件。其內部零件裝配示意圖見圖1。

下面介紹一下該閥門閥內零件的安裝、拆卸原理和結構設計中的注意事項。首先把螺紋套、彈簧、閥座、螺釘和彈簧墊片組裝在一起，成為一個閥座組件，螺釘穿過螺紋套卡在閥座上的螺釘環槽里，使用工具順時針或逆時針轉動螺紋套，螺紋套就帶動閥座組件沿閥體通道軸線方向靠近或遠離球體，這樣就為拆裝球體等閥內零件提供了可能，可以實現球閥的在線維護。該閥座組件除了要滿足所有零件的強度要求外，還需注意兩點：（1）不論選擇何種形式的彈簧

（蝶形彈簧、圓柱彈簧等），彈簧力必須滿足閥座密封所需的預緊力要求；（2）閥座上的環槽寬度一定要大于螺釘尾部直徑，這樣可以防止螺釘干涉閥座與球體的貼合，而影響閥座密封效果。

下面對球體的拆裝過程進行詳細討論。

安裝內件的過程見示意圖4：首先把彈簧、螺紋套、螺釘、彈簧墊片、閥座裝配到一起，組成閥座組件，見示意圖2，該過程需要注意的是先把彈簧裝配在閥座上，再安裝螺紋套，擰入螺釘和彈簧墊片，螺釘擰到閥座剛好能自由轉動為止，螺釘末端不要頂緊閥座，否則會阻礙螺紋套與閥座的相對轉動；閥座組件的彈簧應處于預緊狀態。使用專用工具（如圖3）順時針轉動閥座組件，把閥座組件擰進閥體，直到可以裝入球體為止，取下專用工具。兩個閥座的安裝過程都如上所述，這樣就完成了閥座的初步安裝。然后把球體吊裝入閥體，再次用工具逆時針轉動閥座組件，使閥座組件逐漸靠近球體，當球面與閥座密封面接觸后，再使閥座組件轉動一定角度，這樣做有兩點好處：（1）使螺釘不與閥座的環槽接觸，這樣閥座在通道軸線方向的運動就不受約束，有利于密封；（2）適度增加了彈簧的變形量，確保供足夠的彈簧力，有利于閥座的密封效果。

上述操作的反向過程即為拆卸內件的過程，見示意圖4。轉動閥座組件，分別讓兩邊的閥座組件遠離球體，當球體可以順利的移出閥體時取出球體，反向轉動閥座組件，讓兩邊的閥座組件分別旋出閥體，然后取出兩邊的閥座組件等閥門內部零件，這樣就實現了在線維修。

該結構緊湊可靠，閥座可以選擇軟密封或者硬密封結構，適合大口徑管道、高溫度、高壓力介質工況。

3 結束語

該上裝球閥是把彈簧、閥座等零件整合在了一起，在閥座裝入閥體之前就完成了壓縮彈簧的過程，這樣方便了后續安裝和拆卸的操作，該結構閥門已獲得國家實用新型專利[2]，該頂裝球閥閥內零件在線拆裝方便，為球閥的在線維修提供了一種可靠的解決方案。

參考文獻

[1]API 6D-2014.石油和天然氣工業管線輸送系統管線閥門[S].

[2]蘇州道森閥門有限公司.螺紋套彈性組合閥座頂裝式球閥：中國，ZL2015 2 0002694.2[P].2015.

作者簡介：吳浩（1982-），男，江蘇蘇州，2005年畢業于齊齊哈爾大學機械工程學院機械設計制造及其自動化專業，本科學歷，長期從事閥門產品設計工作。