金屬密封三偏心球閥的結(jié)構(gòu)及其密封原理

發(fā)布時(shí)間：2023-05-23瀏覽次數(shù)：

摘要:

金屬密封三偏心閥門(mén)是一種新產(chǎn)品，應(yīng)適于低溫高壓及工藝介質(zhì)要求較嚴(yán)苛的載荷，現(xiàn)在國(guó)外有的閥體制造廠已研發(fā)成功。探討了該類(lèi)管件的結(jié)構(gòu)特征、密封原理(包括普通球閥、雙偏心聯(lián)軸器及三偏心閥門(mén))，以及3種管件的功耗對(duì)比，三偏心閥門(mén)的特點(diǎn)、其設(shè)計(jì)選用有限元剖析，對(duì)殼體的硬度和撓度、閥座、密封環(huán)的接觸撓度和撓度、閥桿的硬度和撓度進(jìn)行了剖析，并介紹了密封圈和墊圈密封面的加工和此種管件的應(yīng)用載荷。

1.3種聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及其密封原理

1.1普通球閥

普通球閥在全關(guān)、半開(kāi)和全開(kāi)［圖1(a)、圖1(b)和圖2(a)］，球和墊圈密封面經(jīng)常接觸，存在磨擦。

圖1普通球閥2種工作狀態(tài)

1.2雙偏心閥門(mén)[見(jiàn)圖2(b)、圖3]

圖2普通球閥與雙偏心閥門(mén)比較

圖3雙偏心閥門(mén)2種工作狀態(tài)

(1)雙偏心全關(guān)［圖2(b)］。立方體回轉(zhuǎn)時(shí)球閥，因?yàn)榇嬖赼和b偏心距，立方體密封面相對(duì)于原幾何中心有一個(gè)偏斜，回轉(zhuǎn)中心到噴嘴密封面的距離因位置不同而不同，出現(xiàn)粗細(xì)直徑，即R1≥R2。

(2)雙偏心開(kāi)啟［(圖3(a)］。當(dāng)圓球旋轉(zhuǎn)開(kāi)至一定視角時(shí)，因粗細(xì)直徑成因形成曲軸效應(yīng)，此刻立方體與噴嘴開(kāi)始脫離，圓球與墊圈無(wú)磨擦晃動(dòng)。

(3)雙偏心全開(kāi)［(圖3(b)］。當(dāng)圓球旋轉(zhuǎn)開(kāi)至90時(shí)，圓球與汽缸完全脫離，圓球與墊圈無(wú)任何磨擦，立方體通道與閥門(mén)通道直通。為保證兩個(gè)通道中心重合，要求兩個(gè)偏心相等即a=b。此刻旋轉(zhuǎn)中心到球心連線與通道中心的傾角剛好45°，由此形成了雙偏心閥門(mén)的一個(gè)特殊問(wèn)題。因?yàn)殡p偏心閥門(mén)的兩個(gè)偏心考慮結(jié)構(gòu)的還要應(yīng)當(dāng)相等，當(dāng)長(zhǎng)直徑R1通過(guò)球心并剛好落在密封球面區(qū)域內(nèi)，此刻R1與密封球面相切，在切點(diǎn)附近都會(huì)出現(xiàn)較大范圍的滑動(dòng)磨擦，使閥門(mén)出現(xiàn)局部磨擦激化，加快銹蝕。因?yàn)殚y門(mén)最佳密封區(qū)域通常在R1與通道中心的傾角為45°的位置。雙偏心閥門(mén)在實(shí)驗(yàn)或使用過(guò)程中常常會(huì)在這個(gè)位置出現(xiàn)刀傷。全球管件網(wǎng)

1.3三偏心閥門(mén)

三偏心金屬密封閥門(mén)是在雙偏心金屬密封閥門(mén)的基礎(chǔ)上提高了一個(gè)偏心。其結(jié)構(gòu)三維模型見(jiàn)圖4。有球面密封和徑向密封三偏心閥門(mén)兩種。

圖4密封結(jié)構(gòu)三維模型

球面密封的三偏心閥門(mén)的密封環(huán)是一個(gè)球面，這個(gè)球面的球心與雙偏心閥門(mén)的球心不重合有個(gè)第三偏心。這個(gè)偏心改變了R1與密封球面的幾何關(guān)系，使得R1雖然通過(guò)雙偏心球心也不會(huì)與密封球面相切，這就擺脫了雙偏心閥門(mén)的先天不足。將球面密封圈變?yōu)閺较蛎芊馊Γ涂梢缘玫綇较蛎芊獾娜拈y門(mén)。

2.三偏心閥門(mén)的優(yōu)勢(shì)

2.1與普通的軟密封閥門(mén)相比

(1)可以適應(yīng)于更寬的氣溫范圍。軟密封閥門(mén)受非金屬密封件的耐溫性影響，不能適于濕度太高的狀況。而金屬密封則依照不同的材料可以使用于600℃甚至更高。

(2)可以適于更高的壓力范圍。受非金屬材料耐壓能力和在高壓下的穩(wěn)定性限制，非金屬密封的閥門(mén)適于CL600或更低的等級(jí)。適于較高壓力等級(jí)時(shí)，非金屬密封件容易失穩(wěn)而造成球閥失效。而金屬硬密封閥門(mén)可適于級(jí)。全球球閥網(wǎng)

(3)可榮獲更長(zhǎng)使用壽命。非金屬材料與金屬材料相比，容易老化。故在使用一段時(shí)間后，因非金屬材料的功耗升高而造成球閥密封功耗也增長(zhǎng)。另一方面，非金屬材料易受外傷。當(dāng)流體中富含固體顆粒時(shí)，非金屬密封件很容易被咬傷，進(jìn)而造成密封失效或密封功耗升高。

2.2與普通的金屬硬密封閥門(mén)相比

(1)固定球設(shè)計(jì)。普通球閥是浮動(dòng)球密封球閥，而三偏心閥門(mén)全部是固定球設(shè)計(jì)，并且密封比壓通過(guò)自身的轉(zhuǎn)速確立，故在怎么狀況下都是靠譜的。

(2)轉(zhuǎn)速密封設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的金屬硬密封固定球止回閥，一般都是在汽缸旁邊設(shè)置預(yù)壓縮彈簧，在彈簧的作用下，使噴嘴與立方體密封面接觸并產(chǎn)生密封比壓。假如彈簧撓度偏小，這么產(chǎn)生的密封比壓也比較小，密封療效差;假如彈簧撓度較大，會(huì)加強(qiáng)密封面的磨蝕，同時(shí)提高繼電器扭力;另一方面，彈簧受介質(zhì)濕度的影響，其撓度常常會(huì)隨時(shí)間而改變，所以密封療效也會(huì)隨時(shí)間而改變。而三偏心閥門(mén)靠轉(zhuǎn)速密封，可產(chǎn)生較大的密封比壓，并且也不會(huì)較大的銹蝕，同時(shí)也不受氣溫和交變工況的影響。

(3)單殼體單向密封功耗。在高溫載荷下，傳統(tǒng)的金屬硬密封球?yàn)椴拍茚尫砰y腔中的介質(zhì)，都采取了復(fù)雜的手動(dòng)泄壓機(jī)構(gòu)或選用開(kāi)孔的形式。后者降低了噴嘴的復(fù)雜性，前者會(huì)由于開(kāi)孔而使閥門(mén)具備方向性。三偏心聯(lián)軸器選用了單殼體，故不存在閥腔壓力釋放的問(wèn)題。而三偏心結(jié)構(gòu)，并且墊圈密封無(wú)論在那個(gè)方向都具備良好的密封療效，即具備完全的單向密封功能。

3.三偏心閥門(mén)的設(shè)計(jì)

3.1承壓部件的硬度和撓度設(shè)計(jì)對(duì)承壓部件運(yùn)用有限元剖析進(jìn)行詳盡的硬度和撓度設(shè)計(jì)，它包括:(1)閥門(mén)的硬度和撓度剖析(圖5)。(2)噴嘴、密封環(huán)的接觸撓度和撓度剖析(圖6)。(3)襯套的硬度和撓度剖析(圖7)。