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5855(2011)04-0044-02文章编号:1002-
阀门2011年第4
期
导向槽式升降杆球阀阀座结构的改进
曲
萍,李军荣,安
黎,苏殿顺
(大连大高阀门股份有限公司,辽宁大连116037)
摘要论述了导向槽式升降杆球阀特点,改进了硬密封阀座结构,用弹性阀座代替刚性阀座。
关键词导向槽式升降杆球阀;密封;弹性阀座
文献标识码:A 中图分类号:TH134
Improvement of seat structure of lift type stem ball valve with guide slot
QU Ping ,LI Jun-rong ,AN Li ,SU Dian-shun
(Dalian DV Valve Co.Ltd ,Dalian 116037,China )
Abstract :Describes the feature of lift type stem ball valve ,improves the design structure of metal to
metal seat.Flexible seat may be used instead of rigidity seat.Key words :orbit ball valve ;seal ;flexible seat 1
概述
导向槽式升降杆球阀以开关迅速,无摩擦,启闭
关闭时对密封面施加预紧力,密封安全可靠力矩小,
等优良特性而广泛应用在石油、化工、采油、炼油、钢铁、火电和核电阀门等工业领域。2结构特点
导向槽式升降杆球阀(图1)由阀体、球体、阀
球体密封面压向阀座密封面施阀座有微小的滚动,
加预紧力,整个关闭过程中球阀密封面间没有摩擦。由于球阀密封面间摩擦力很小,密封面使用寿命长。球阀在启闭回转过程中,可将介质中的硬颗粒甩掉,因此适合有颗粒的介质。球阀的阀杆采用17-7PH 沉淀硬化不锈钢,球销和导向销采用美国440新材料,阀杆、球销和导向销采用真空淬火后,进行了表面硬化处理,以提高球阀的使用寿命。3结构改进
3. 1硬密封阀座受力分析
导向槽式升降杆球阀硬密封阀座(图2)密封比压q 为
Q M
q =(1)2πRh
Q MJ +Q MF
Q M =(2)
cos α
(3)Q MJ =0. 785(d +b M )2p
Q mf =2q MF πRh cos α(4
)
1. 手轮2. 阀杆螺母3. 导向销4. 压板5. 阀杆
6. 阀盖7. 球销8. 阀座9. 球体10. 阀体
图1导向槽式升降杆球阀
座、球销、阀盖和阀杆等组成。球阀在开启瞬间球体密封面脱离阀座密封面,然后回转90ʎ 完成开启,密封面间没有摩擦,开启力矩小。球阀关闭时,由于球体和阀座密封面有很小的间隙,回转90ʎ 后,球体向
作者简介:曲萍(1962-),女,高级工程师,长期从事阀门设计、标准、工艺和新产品研制工作。
图2硬密封阀座
2011年第4期阀门
M =-F (L -x
)
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图4阀座弯曲变形分析
1. 外环2. 内环
图3弹性密封阀座
q ———密封比压,MPa Q M ———密封面上总作用力,N p ———公称压力,MPa R ———球体半径,mm h ———密封面高度,mm d ———密封面接触中径,mm b M ———密封面宽度,mm ——球体和阀座密封点与通道夹角,(ʎ )α—q MF ———密封面上必须密封比压,MPa Q MJ ———密封面上介质作用力,N Q MF ———密封面上密封实际作用力,N
以1500CL -4in.导向槽式升降杆球阀为例,球体堆焊钴基硬质合金,阀座为1Cr13,实际密封比压q =124MPa ,q MF =90MPa ,许用比压[σ]=150MPa ,
。由于球阀密封是刚性密满足公式q MF <q <[σ]
封,要达到密封要求,球体硬密封球面圆度偏差要小于0. 005mm 。阀座密封面要求对研,须精度高。由于球阀关闭时球体与阀座有一个小角度的水平滚
滚动角为1ʎ 3ʎ ,对加工误差要求很高。磨损动,后,不能补偿,滚动角变大,易泄漏。3. 2弹性阀座受力分析
密封寿命短的现状,鉴于刚性密封关闭力矩大,
将其改为弹性密封阀座(图3),弹性阀座由外环和内环过盈配合组成,用油压机将外环和内环压合成一体。外环和内环密封面结合处要求有缝隙δ,δ=0. 7 0. 9mm 。A 和B 为双重密封口,外环和内环压
2
合成一体后,保存一定空间,截面积约15mm 。此空间容纳带压介质,利于密封。介质正向流动,内环B 处密封为副密封带,介质进入阀座空间后,外环A
A 为副密封口,B 为处为主密封带。介质反向流动,
主密封口。将B 密封口简化成固定端简支梁。阀
强度足够大,座材质为17-7PH 沉淀硬化不锈钢,
B 处受球体根据材料力学进行弯曲刚度变形计算,
计算梁的变形量,即转角θ和挠度ω推力F 作用,
(图4)。
d 2ωM
=(5)dx 2EJ
任一横截面上的弯矩M 为式中
由式(5)得
EJ ωᵡ =M =-F (L -x )积分得
F
EJ ω' =2-FLX +C (6)
2F FL
EJ =X 3-X 2+CX +D (7)
62在固定端A ,转角和挠度均等于0。即当X =0时,θA =0,ωA =0。把边界条件代入式(6)和式(7),得
C =EJ θA =0(8)D =EJ ωA =0(9)将所得积分常数C 和D 代入式(6)和式(7),得转角方程和挠曲线方程为
F
EJ ω' =2-FLx (10)
2F FL EJ ω=x 3-x 2(11)
62
以截面B 的横坐标x =L 代入式(10)和式(11),得截面B 的转角和挠度分别为
FL 2
(12)θB =-
2EJ FL 3
(13)ωB =-
3EJ
J 、L 代入以1500CL -4in.轨道球阀为例,将E 、
式(12)和式(13),得
-6
θB =-1ˑ 10rad <[θ]
f ]ωB =0. 0002mm <[
-4
[[f ]θ]为最大许用变形量1ˑ 10rad ,最大许用变形量0. 005mm 。4结语
导向槽式升降杆球阀阀座改成弹性密封阀座后,关闭和开启力矩比刚性密封阀座减小40%,密封性
可达零泄漏,使用寿命增加,易于在线维修。能好,
参
考
文
献
〔1〕陆培文.阀门设计入门与精通〔M 〕.北京:机械工业出版社,2009.
〔2〕陆培文.阀门制造工艺入门与精通〔M 〕.北京:机械工业出版
2010.社,
〔3〕沈阳阀门研究所.阀门制造工艺〔M 〕.北京:机械工业出版社,
1984.
〔4〕沈阳阀门研究所.阀门设计〔M 〕.北京:机械工业出版社,
1976.
〔5〕刘鸿文.材料力学〔M 〕.北京:高等教育出版社,2005.〔6〕范钦珊.材料力学〔M 〕.北京:清华大学出版社,2004.
(收稿日期:2011. 01. 05)