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浮動球球閥的密封原理和結構特征

浮動球球閥密封原理
浮動球球閥的啟閉件是一個球體,中間有一個與管道通徑相等的通孔,進口端和出口端各置一個用PTFE制造的密封座,并被包容在一個金屬的閥體內,當球體內的通孔與管線通道重合時,閥門處于開啟狀態;當球體內的通孔與管線通道垂直時,閥門處于關閉狀態。閥門從開啟至關閉,或者從關閉至開啟球體回轉90。
當球閥處于關閉位置時,進口端的介質壓力作用在球體上,產生一個推動球體的力,使球體緊壓出口端的密封座,在密封座的錐面上產生一個接觸應力,形成一個接觸帶,接觸帶單位面積上的作用力稱為閥門密封的工作比壓q,當這一比壓大于密封所必需的比壓時,閥門就獲得了有效的密封。這種不是靠外力的密封方式,由介質壓力密封的,稱為介質自密封。
應該指出,傳統的閥門如截止閥、閘閥、中線蝶閥、旋塞閥是靠外部施加的力,作用在閥座上來獲得可靠的密封,這種借外力施加而獲得的密封,稱之為強制密封。外部施加的強制密封力帶有隨意性和不確定性,不利于閥門的長期使用。球閥的密封原理是作用在密封座上的力,由介質的壓力產生的。這一作用力是穩定的,是可以控制的,由設計時確定。
浮動球球閥結構特征
①為了保證球體在關閉位置時,能產生一個介質的作用力,事先在閥門裝配時,球體必須緊貼密封座,而且需要過盈,產生-一個預緊比壓,這個預緊比壓為0.1倍工作壓力且不小于2MPa。這個預緊比壓的獲得,完全靠設計的幾何尺寸來保證。如果設球體和進口、出口密封座組合后的自由高度為A;左、右閥體組合后內腔容納球體、密封座的寬度為B,則裝配后產生必需的預緊比壓所需的過盈為C,必滿足:A-B=C。這個C值必須由零件加工的幾何尺寸來保證。可以設想這個過盈C是很難確定和保證的。過盈值的大小直接決定閥門的密封性能和操作力矩。
②應該特別指出,早期國產的浮動球球閥由于裝配時過盈值難于控制,常常用墊片調整,很多制造商甚至在手冊中把這~墊片稱 為調整墊。這樣,
裝配時主、副閥體的連接平面之間存在間隙,這一一間隙的存在,由于使用中介質壓力波動和溫度的波動,以及外部管線載荷作用,會使螺栓松弛,引起閥門外漏。
③當閥門處于關閉位置時,進口端的介質力作用在球體上,會使球體的幾何中心產生一個微小的位移,與出口端閥座緊密接觸,增加密封帶上的接觸應力,從而獲得可靠的密封;而進口端閥座與球體相接觸的預緊力將減小,影響進口密封座的密封性能。這種球閥結構,就是在工作狀態下,球體幾何中心有微小位移的球閥,稱之為浮動球球閥。浮動球球閥是出口端密封座密封,進口端閥座是否有密封功能是不確定的。
④浮動球球閥結構是雙向的(bi-direction), 即兩個介質流動方向均可密封。
⑤球體相接的密封座是高分子材料制造的,球體轉動時,可能產生靜電,如無特殊的結構設計——防靜電設計,則靜電可能在球體上積聚。品育具持
⑥對于由兩個密封座組成的閥門,閥腔可能積聚介質,某些介質可能由于環境溫度和使用工況變化而異常升壓,引起閥門壓力邊界的破壞,應予以注意。

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