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浮动球球阀的密封原理和结构特征

浮动球球阀密封原理
浮动球球阀的启闭件是一个球体,中间有一个与管道通径相等的通孔,进口端和出口端各置一个用PTFE制造的密封座,并被包容在一个金属的阀体内,当球体内的通孔与管线通道重合时,阀门处于开启状态;当球体内的通孔与管线通道垂直时,阀门处于关闭状态。阀门从开启至关闭,或者从关闭至开启球体回转90。
当球阀处于关闭位置时,进口端的介质压力作用在球体上,产生一个推动球体的力,使球体紧压出口端的密封座,在密封座的锥面上产生一个接触应力,形成一个接触带,接触带单位面积上的作用力称为阀门密封的工作比压q,当这一比压大于密封所必需的比压时,阀门就获得了有效的密封。这种不是靠外力的密封方式,由介质压力密封的,称为介质自密封。
应该指出,传统的阀门如截止阀、闸阀、中线蝶阀、旋塞阀是靠外部施加的力,作用在阀座上来获得可靠的密封,这种借外力施加而获得的密封,称之为强制密封。外部施加的强制密封力带有随意性和不确定性,不利于阀门的长期使用。球阀的密封原理是作用在密封座上的力,由介质的压力产生的。这一作用力是稳定的,是可以控制的,由设计时确定。
浮动球球阀结构特征
①为了保证球体在关闭位置时,能产生一个介质的作用力,事先在阀门装配时,球体必须紧贴密封座,而且需要过盈,产生-一个预紧比压,这个预紧比压为0.1倍工作压力且不小于2MPa。这个预紧比压的获得,完全靠设计的几何尺寸来保证。如果设球体和进口、出口密封座组合后的自由高度为A;左、右阀体组合后内腔容纳球体、密封座的宽度为B,则装配后产生必需的预紧比压所需的过盈为C,必满足:A-B=C。这个C值必须由零件加工的几何尺寸来保证。可以设想这个过盈C是很难确定和保证的。过盈值的大小直接决定阀门的密封性能和操作力矩。
②应该特别指出,早期国产的浮动球球阀由于装配时过盈值难于控制,常常用垫片调整,很多制造商甚至在手册中把这~垫片称 为调整垫。这样,
装配时主、副阀体的连接平面之间存在间隙,这一一间隙的存在,由于使用中介质压力波动和温度的波动,以及外部管线载荷作用,会使螺栓松弛,引起阀门外漏。
③当阀门处于关闭位置时,进口端的介质力作用在球体上,会使球体的几何中心产生一个微小的位移,与出口端阀座紧密接触,增加密封带上的接触应力,从而获得可靠的密封;而进口端阀座与球体相接触的预紧力将减小,影响进口密封座的密封性能。这种球阀结构,就是在工作状态下,球体几何中心有微小位移的球阀,称之为浮动球球阀。浮动球球阀是出口端密封座密封,进口端阀座是否有密封功能是不确定的。
④浮动球球阀结构是双向的(bi-direction), 即两个介质流动方向均可密封。
⑤球体相接的密封座是高分子材料制造的,球体转动时,可能产生静电,如无特殊的结构设计——防静电设计,则静电可能在球体上积聚。品育具持
⑥对于由两个密封座组成的阀门,阀腔可能积聚介质,某些介质可能由于环境温度和使用工况变化而异常升压,引起阀门压力边界的破坏,应予以注意。

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