提升杆式轨道球阀制造工艺及技术特点

轨道球阀制造工艺及技术特点

1.ORBIT提升杆式轨道球阀各部分示意图

驱动螺母及轴承

阀杆导销

填料注入附件阀杆导槽

防火安全密封

顶装式设计阀杆

耳轴

阀杆楔形面

阀球销钉

2.ORBIT提升杆式轨道球阀的工作原理

2.1阀门开关原理

如图所示，阀门由关闭位置（见图1）打开时，通过执行机构旋转或转动手轮，阀杆上端的阀杆导槽限定了阀杆的运动方式。首先，导槽的垂直部分与阀杆导槽销钉的联合作用下，使阀杆向上提升，阀杆下端的楔型斜面迫使阀球滚动离开阀座（见图2），实现阀球与阀座的分离。然后，导槽的螺旋部分再与导槽销钉作用，使阀杆旋转，带动阀球旋转（见图3）。导槽销钉运动到导槽尽头时，动作停止，阀球旋转90°达到全开位置。

2.2阀门阀座密封原理

顶装式设计的Orbit(单阀座提升阀杆式)球阀可以实现对流体双方向的严密关断，在流体压力来自推动阀球压向阀座的方向时，所有的压差会使阀球紧紧压向阀座。阀球密封表面首先与阀座内的软性密封材料接触，然后随着阀球继续压紧阀座，阀座内包裹着软性密封材料的金属唇会形成次级金属密封。

当流体压力来自推动阀球远离阀座端时，阀门实现严密关断的原理如下(如图所示)。阀球的中心线到耳轴底部的距离与阀体（阀座）中心线到耳轴底部的距离的公差被严格控制。耳轴底部的形状被加工成圆球面，半径为R。当阀门关闭时，阀杆下降，阀杆底部的楔型面如图所示给阀球施加了推力。

阀球在阀杆的作用力下被压向阀座时，阀球的中心线和阀座的中心线仍然保持一致，因为耳轴底部的形状使阀球实际上是滚动压向阀座。因此，阀球密封面压向阀座的力量是均匀一致的，首先与软密封材料接触，然后可靠地接触到金属密封唇。手轮的力量可以通过阀杆底部的一定的楔型角度传递足够的推力给阀球以此达到在全压差情况下的严密密封效果。

Orbit阀门的阀球在旋转时与阀座完全没有接触。因为在转动前阀球已脱离阀座。显然，阀球上与阀座不接触的部分不会影响密封或损伤密封，也不会在阀门操作中产生额外的阻力而需要执行机构克服。所以，只有在阀门关闭时与阀座接触的部分才需要有足够的耐腐蚀性和抗磨损性能以保证阀门长寿命的密封效果。

另一个与Orbit阀门长时间严密密封紧密相关的因素是，当阀球旋转后，其压向阀座的压力取决于手轮或执行机构的力量(不超过最大允许值)。所以执行机构的力量即便在阀座因为管线内杂质或其他因素损伤的情况下仍然可以提供良好的密封，而不像其他球阀只能靠修理阀门或忍受泄漏的存在。

2.3阀门结构特点

Orbit阀门的阀杆是依靠平行的楔型平面驱动阀球。达到阀门操作无摩擦。阀门为固定球固定座结构，阀座无弹簧支撑，阀门密封依靠阀杆驱动阀球的强制密封力。阀门开启时，阀球脱离阀座，形成360度的介质流动，不会对阀座密封造成局部冲蚀。

Orbit阀门的平行楔面阀杆结构，不仅结构紧凑，最主要优点在于--阀杆与阀球的接触面是平面而非螺旋面，由此很容易保证阀杆底部的加工精度，而且，对于大口径或高压力的阀门，其阀球导销可以加工为平面型，使阀杆和阀球达到面接触而非线接触，大大提高了结构强度以及抗磨损性能， (见附图)

Orbit阀杆底部平行楔面

普通球阀阀杆和阀球固定在一起，阀杆只做简单的旋转而没有提升，阀球和阀座一直接触摩擦，阀门密封磨损严重。阀门的结构一般为浮动球固定座或固定球浮动座。阀门的密封依靠管道介质压力或阀座弹簧预紧力。阀门开启时，阀座与阀球形成小流道高流速，严重冲蚀阀座密封，造成阀门泄漏。阀门使用寿命短。同样，阀杆与阀球接触面为螺旋面的驱动形式的阀门，由于其驱动面为线接触，易于造成阀杆或阀球导销磨损，并且介质中杂质容易沉积在该部位，造成阀杆对阀球的驱动故障，严重时可能卡死而无法操作阀门。

2.4零部件设计特点

以下仅就几个阀门内几个主要零部件的设计和加工作简单说明如下：

A.阀杆（参见上述说明）

B.阀球

Orbit阀球密封表面有1.5mm厚度的硬质合金堆焊层，使参与密封的表面具有最佳的硬度，强度，加工精度和耐腐蚀性能。根据Orbit阀门的经验，阀球表面硬质合金堆焊层是保证阀门长寿命频繁操作的必要条件。

Orbit 阀球硬质合金堆焊

硬质合金堆焊

普通球阀没有硬质合金堆焊，阀球密封面易划伤易磨损。阀门使用寿命短。

阀球耳轴和导销的设计

Orbit阀球与耳轴是一体铸造或锻造的。

Orbit阀球的导销是镶嵌入阀球内部，只在导销两端点焊固定。

C.阀座设计

Orbit阀座是由内密封环，外密封环和内嵌之软性密封件组成。Orbit内外密封环靠压力过盈紧密结合在一起并将中间软密封体包住，防止其被冲出阀座。阀座内外金属环因为不是一体的，所以具有一定的弹性，在机械楔式力的作用下可以与阀球产生充分的紧密接触。达到金属对金属的密封效果。严密关断的效果，阀座的结构强度以及阀座金属密封面的弹性密封效果都经过了多年的实际使用检验。

普通球阀为简单的嵌入式软密封，可靠性差，某些结构的软密封嵌入甚至存在吹出脱落的隐患。

2.5原材料选用及其他

Orbit阀门的结构和操作原理看似简单，但是要将这种原理在阀门制造的工程方面实现，材料的选用是非常关键的因素。

Orbit根据大量的试验和使用经验寻找出适应不同工况的材料最佳搭配，使每一台阀门所选用的材料都尽可能达到最佳的使用性能以及最好的可加工性能。

3.综述

如果以上对技术问题的分析还不够具有说服力的话，那么对以下问题的回答可能更直接明了一些，

(1)Orbit公司到1986年11月就以生产出100万台阀门。

(2)Orbit公司在近5年内在中国销售的阀门达数千台。

(3)Orbit阀门在美国的工厂，阀门的年产能力为12000台（套）。

(4)所有Orbit阀门均通过API 607第四版防火测试认证，并可以随时提供测试记录复

印件。

(5)Orbit阀门针对不同的使用工况和不同的阀门尺寸及压力有多达几百种不同的材料

组合，并针对每一个不同的项目提供详细的材料清单。

(6)ORBIT同时生产气动执行机构，它是专门设计用于ORBIT提升阀杆式球阀的线型膜

式或活塞式的执行机构。Orbit可提供阀门/气动执行机构的整体供货和质保。

4.氢气工况选用ORBIT提升杆式轨道球阀的说明

美国ORBIT阀门在氢气等苛刻领域已经有相当长的服务历史。

氢气分子量只有2，是最轻的元素，非常容易泄漏。它无色无味的特点，让人难以察觉；易燃的特性，又不容许泄漏。上述这些特性都要求有高性能可靠的阀门提供无气泡泄漏的密封以保证其绝对不泄漏，这正是ORBIT阀门被广为接受的原因。在高温高压的场合，包括一些世界知名的阀门都望尘莫及，或者最多是新阀门时不漏，使用一段时间后，其阀门内漏就会影响化学反应过程使产品品质下降。ORBIT球阀，用世界唯一的无摩擦原理，完美地解决了这一领域的用阀问题，其最高温度可达到427℃（还正向更高温度挺进），最高压力可达500Kg/cm2。

比较以下其他形式的阀门：

旋塞阀有时被选用，但旋塞阀要增强密封效果就需要润滑剂，这就会带来问题。氢气使润滑剂变干将使阀门难于操作，同时润滑剂还要污染流程，泄漏还带来工厂的安全问题。