關(guān)于3種無摩擦球閥結(jié)構(gòu)的介紹與比較

王星

摘要：球閥在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動過程中，球體與密封面有較大的摩擦，易形成內(nèi)漏，對工業(yè)生產(chǎn)造成較大的損失。為解決這一難題，無摩擦球閥應(yīng)運(yùn)而生。本文主要介紹了3種結(jié)構(gòu)的無摩擦球閥：軌道式、可伸縮密封面、楔形閥芯無摩擦球閥。

關(guān)鍵詞：球閥；內(nèi)漏；無摩擦；軌道式；可伸縮；楔形

1 概述

球閥由閥體、閥蓋、球體、閥座和閥桿等組成[1]。閥體結(jié)構(gòu)有全焊接、頂裝式、兩段式、三段式等[2]。球閥的密封是通過在球體和閥座之間預(yù)先設(shè)定的預(yù)緊力加上流體壓力在閥座密封面上引起的作用力形成的。球閥在啟閉過程中，預(yù)緊力始終作用在密封表面，加大了密封件的磨損，造成球閥內(nèi)漏。

2 球閥內(nèi)漏的危害

球閥密封面損壞并內(nèi)漏后，其主要危害有：

（1）在重要的切斷控制部位，內(nèi)漏對下游設(shè)備、管線等產(chǎn)生壓力影響，危及安全。

（2）導(dǎo)致不同介質(zhì)產(chǎn)生混雜，輕則降低介質(zhì)質(zhì)量、介質(zhì)報(bào)廢，重則產(chǎn)生事故。

（3）維修不但人力、使用成本增加，而且需要停產(chǎn)，影響生產(chǎn)。

3 無摩擦球閥

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，閥門技術(shù)的運(yùn)用也從材料和工藝上的“耐磨損”，向結(jié)構(gòu)、原理技術(shù)的 “無磨損”方向進(jìn)行發(fā)展，從而根本上解決閥門內(nèi)漏問題。如近年來出現(xiàn)的的軌道式球閥、可伸縮密封面球閥，就是從結(jié)構(gòu)、原理上創(chuàng)新，朝著閥門密封的 “無磨損”方向發(fā)展。這些閥門，都是通過結(jié)構(gòu)技術(shù)避免傳統(tǒng)球閥密封在啟閉過程中保持緊密接觸的摩擦狀態(tài)，變成無摩擦運(yùn)動的密封。在球體900轉(zhuǎn)動的過程中，將球體和閥座分離，轉(zhuǎn)動完成后，再將球體和閥座密封面緊密結(jié)合。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，主要有以下幾種：

3.1 軌道式無摩擦球閥

軌道式球閥結(jié)構(gòu)主要由閥體、閥蓋、閥桿、球體、閥座、閥桿導(dǎo)軌銷、支架等零部件組成。閥門主要通過閥桿與球體間的聯(lián)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)啟閉。

（1）閥桿

軌道式球閥的閥桿上部除了螺紋以外還有一條 S 型導(dǎo)軌槽，導(dǎo)軌槽與導(dǎo)軌銷配合來控制閥桿按設(shè)定軌跡升降，閥桿下端為前后平行的斜面，它通過與球體頂部兩個(gè)銷軸緊密配合，實(shí)現(xiàn)軌道式球閥球體的左右擺動及90°回轉(zhuǎn)運(yùn)動。閥桿的運(yùn)動軌跡主要依靠閥桿上的導(dǎo)軌槽與支架上的固定導(dǎo)軌銷來控制，導(dǎo)軌槽上下兩端部為與軸線平行的直線端，中間端 S 形槽為 90°螺旋線。閥桿 S 型導(dǎo)向槽分為 A、B 兩個(gè)運(yùn)動區(qū)間，閥桿底部斜面分為 C、D兩個(gè)傳動區(qū)間。

A 段：閥桿上下直線運(yùn)動區(qū)間；

B 段：閥桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動區(qū)間；

C 段：閥桿上下帶動球體靠近或傾離閥座；

D 段：閥桿旋轉(zhuǎn)帶動球體同步旋轉(zhuǎn)。

（2）球體

軌道式球閥的球體與普通球閥球體有所不同：

1）它是一種單面密封球體；

2）球體不僅做垂直于通道的 90°回轉(zhuǎn)運(yùn)動，還做一定的往復(fù)擺動；

3）軌道式球閥與普通球閥的作用相同，當(dāng)球體密封面與閥座密封面相接觸后建立密封關(guān)系。球體頂部還有一個(gè)與通道垂直的閥桿撬孔。閥桿撬孔是用于滿足閥桿的上下運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)以及對球體施加楔緊力的，閥桿在撬孔里做上下運(yùn)動，與球體頂部左右銷軸形成配合，完成球體的一系列預(yù)定動作（旋轉(zhuǎn)、楔緊或分離），傳遞來自閥桿底部斜面所產(chǎn)生的壓緊、脫開力[3]。

3.2 可伸縮密封面球閥

可伸縮密封面球閥，其球體由兩個(gè)球面閥瓣、關(guān)閉傳動閘板等構(gòu)成。球體在閥桿帶動下進(jìn)行運(yùn)動，其閥桿一般采用導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。安裝后的球體組件可隨球體進(jìn)行順逆時(shí)針兩個(gè)方向的90°旋轉(zhuǎn)。在球體旋轉(zhuǎn)帶動球面閥瓣旋轉(zhuǎn)的過程中，閥瓣與閥座之間都有一定的空隙，因此由閥瓣和閥座構(gòu)成的密封之間完全沒有摩擦的存在，不會產(chǎn)生密封損傷。

當(dāng)閥門在完全開啟的狀態(tài)下，閥瓣與閥座的基準(zhǔn)線在同一平面上相互垂直，此時(shí)通過操作，球體帶動閥瓣在閥內(nèi)進(jìn)行90°轉(zhuǎn)動，在到達(dá)閥瓣與閥座的基準(zhǔn)線完全重疊時(shí)，球體及閥瓣即處于閥門的預(yù)備關(guān)閉狀態(tài)，閥芯旋轉(zhuǎn)停止并轉(zhuǎn)變成閘板的下壓運(yùn)動，閥瓣在閘板作用下從球體伸出沿基準(zhǔn)線向閥座做直線運(yùn)動，并最終與閥座緊密擠壓接觸，實(shí)現(xiàn)閥門的完全關(guān)閉；當(dāng)閥門在完全關(guān)閉的狀態(tài)下，閘板首先向上運(yùn)動，閥瓣在閘板的帶動下，呈直線運(yùn)動狀態(tài)與閥座分離向球體內(nèi)部收縮，收縮停止后閥門處于預(yù)備開啟狀態(tài)，此時(shí)球體帶動閥瓣的90°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動后停止，實(shí)現(xiàn)閥門的全開啟。

3.3 楔形閥芯球閥

楔形球閥是采用楔形閥芯連接密封閥瓣主閥結(jié)構(gòu)的球閥。開關(guān)動作時(shí)，按照類似DBB閥門動作行程，閥芯先提升，再旋轉(zhuǎn)90°，然后向下運(yùn)動實(shí)現(xiàn)內(nèi)密封的動作過程，實(shí)現(xiàn)閥門的無摩擦啟閉。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使閥門在全開位置時(shí)，亦能有效地將介質(zhì)與閥體內(nèi)腔截?cái)啵乐菇橘|(zhì)中雜質(zhì)顆粒進(jìn)入閥體內(nèi)腔，損傷閥體密封面，閥門具有良好的抗污能力。

閥體內(nèi)腔為球形，閥芯為倒楔形結(jié)構(gòu)，密封閥瓣為球形結(jié)構(gòu)，分別有一對開位閥瓣和一對關(guān)位閥瓣，開位閥瓣中間設(shè)計(jì)有流道內(nèi)腔，與閥體的流道相匹配。閥芯的四周通過軌道結(jié)構(gòu)分別連接有一對開位閥瓣和一對關(guān)位閥瓣，分別實(shí)現(xiàn)閥門打開、關(guān)閉時(shí)的密封功能。閥門處于全關(guān)時(shí)，通過操作器使閥芯提升，將關(guān)位閥瓣縮回，使關(guān)位閥瓣脫離閥體，在密封件與閥體無接觸的情況下順時(shí)針轉(zhuǎn)動90?，使閥芯流道以及開位閥瓣與閥體的出入口流道左右對齊；然后操作器再使閥芯向下運(yùn)動，楔形閥芯向外推動開位閥瓣使之與閥體貼合，密封件密封，且閥芯流道與開位閥瓣流道完全對齊，閥門完全打開，此時(shí)介質(zhì)中雜質(zhì)顆粒不能進(jìn)入閥體內(nèi)腔。閥門處于全開時(shí)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)，閥芯先向上提升運(yùn)動，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動90?，直到關(guān)位閥瓣位置對準(zhǔn)出入口，閥芯向下運(yùn)動，徑向擠壓關(guān)位閥瓣使之與閥體密封面貼合，密封件密封，從而切斷上游和下游，實(shí)現(xiàn)雙向密封。

3.4 三種球閥比較

三種閥門都能實(shí)現(xiàn)無摩擦開關(guān)，極大地增加密封面的壽命，下面對三種閥門的相關(guān)特性進(jìn)行了比較：

4 結(jié)語

無摩擦球閥以操作力矩小、無磨損、可在線拆卸維修和能耗低等特點(diǎn)，應(yīng)用前景巨大。目前，各種新型的無摩擦球閥也日益出現(xiàn)，如模塊化設(shè)計(jì)、氣體驅(qū)動、彈性球體等新理念也應(yīng)用到無摩擦球閥的設(shè)計(jì)中。隨著傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用的日趨成熟，無摩擦球閥必將替代傳統(tǒng)球閥，從而徹底解決內(nèi)漏這一難題。

參考文獻(xiàn)

[1]章華友，陳元芳. 球閥設(shè)計(jì)與選用. 北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

[2]朱喜平. 天然氣管道球閥的維護(hù)及故障排除技術(shù). 天然氣工業(yè)，2005 25（7）：102-104.

[3]馬祖達(dá)，武建斌. 軌道球閥的特性與設(shè)計(jì)[J]. 沈陽：閥門，1999，2～3.

（作者單位：中國石化銷售有限公司華南分公司）