管线球阀阀座结构分析-好待整理

作用下阀座与球体压紧 ,并使阀座材料产生弹塑性 以补偿温差 、压力和磨损等外界条件变化对球体密
变形而达到密封 ,其密封效果取决于阀座在流体压 封性能的影响 。
作者简介 :金衍臣 (1978 - ) ,工程师 /高级经营师 ,从事技术管理与企业经营管理工作 。
— 20 — 阀 门 2010年第 3期
表 1 金属密封材料
点 。密度为 115g / cm3 ,导热系数为 0125W / (m·c) ,
材料代号
工况条件
硬度 HRC
线 膨 胀 系 数 约 为 1015 ×10 - 5 / ℃, 抗 拉 强 度 为
铬基硬质合金
196M Pa, 弹 性 模 量 为 1 300M Pa, 抗 压 强 度 为
比压 。 2 结构
( a)圆弧式 ( b)锥面式 ( c)带防火式 ( d)带内环式 图 1 普通阀座
211 软密封阀座
(2)弹性式
( 1 )普通式 普通阀座 (图 1)的特点是在预紧力或流体压力
弹性阀座 (图 2)借助于弹性元件 ,如金属弹簧 架和弹簧等 ,在预紧力或流体压力下产生弹性变形 ,
- 250 ～ 260℃之 间 , 可 承 受 5M Pa 载 荷 , 密 度 为 212g / cm3 ,导热系数为 0125W / (m·c) ,线膨胀系数 为 (10～15) ×10 - 5 / ℃,抗拉强度为 10 ～30M Pa,弹 性模量为 400M Pa,抗压强度为 710M Pa,弯曲强度为 14M Pa。能耐浓酸 、浓碱 、强氧化剂 (如王水 )和任何 浓度沸腾的氢氟酸等介质 。
A
C
(A-C)B-C
B
a与b区别在于台阶
波纹管式阀座一般采用电子束焊或氩弧焊与阀
座和导向套相连 。设计时 ,应保证阀座密封中心小
于波纹管中径 ,此结构具有密封性可靠 ,弹性补偿范
围大 ,三维空间灵活的特点 。
注脂密封式阀座可以增加密封性能 ,减小阀座
的摩擦和磨损 ,延长使用寿命 ,并防止球阀在使用过
( 2 )聚三氟氯乙烯 聚三氟氯乙烯 ( PCTFE - F3 ) 具有优良的耐寒 性 ,强度和硬度高 ,尺寸稳定性好 ,无冷流倾向 。使 用温度在 - 195 ～120℃,密度为 211g / cm3 ,导热系 数为 01058W / (m·c) ,线膨胀系数为 ( 415～710) × 10 - 5 / ℃,抗 拉 强 度 为 35 ～ 40M Pa, 弹 性 模 量 为 1 300M Pa,抗 压 强 度 为 50 ～ 70M Pa, 弯 曲 强 度 为
DE 空心管式密封阀座 (图 8)内外是衬套 ,中间是 VALVE 不锈钢管 ,靠空心的弹力使阀座压紧球体。
全氟乙丙烯 、聚醚醚酮和聚酰亚胺等 。 ( 1 )聚四氟乙烯 聚四氟乙烯 ( PTFE - F4)具有优良的耐热性和
耐寒性 ,并具有不粘性 、良好的自润滑性和低摩擦系 数 (0105)等特点 ,但是有冷流倾向 。可长期工作在
双倍运动阀座是当中腔压力大于出口压力时 ,
使阀座压紧球体 ,密封圈产生弹塑性变形实现密封 。
该阀使用时 ,一旦上游密封意外失效产生泄漏 ,下游
阀座实现密封 。
双级密封式阀座对于承受较大密封力的采用橡
胶和塑料组合密封结构 ,橡胶主要起密封作用 ,塑料
起支承和辅助密封双重作用 。
( 5 )特殊结构式
摘要 介绍了球阀阀座的密封原理和功能 ,论述了阀座的结构型式和阀座常用材料 。 关键词 球阀 ; 硬密封阀座 ; 软密封阀座 ; 设计与计算 ; 结构型式 ; 材料 中图分类号 : TH134 文献标识码 : A
Ba ll va lve sea t structure ana lysis
212 硬密封阀座
( 1 )本体堆焊式 本体堆焊式阀座 (图 6)是在某种金属材料上堆 焊硬质合金 ,阀座带有一个弹性尾座 ,有利于减少密 封面的摩擦损伤 。
图 9 旋转式密封阀座
311 特殊高分子材料 高分子材料分通用高分子材料和特殊高分子材
料两大类 。通用高分子材料主要有聚氯乙烯 、聚乙
烯 、聚丙烯 、环氧树脂 、酚醛树脂和呋喃树脂等 。特
GRO 1 概述 Q 球阀的主要功能是切断或接通管道中的流体通
Q 道 。球阀的工作原理是借助驱动装置在阀杆上端施 GN 加一定的转矩传给球体 ,使其旋转 90°,完成开启或 SI 关闭阀门的动作 。球阀阀座的密封原理依其结构而 DE 异 ,常用的阀座结构可分为固定阀座浮动球体与浮 E 动阀座固定球体两大类 。当阀座固定球体浮动时 , LV 在流体压力作用下球体在流体流动方向产生位移 , VA 使它与阀后阀座密封而更紧密地接触 ,即在该密封
双推动式阀座是当 N 室与控制Βιβλιοθήκη Baidu力接通时 ,阀
弹簧力使阀座与球体脱离 ,实现阀腔的压力向下游 座与球体压紧并保持密封 。当 M 室通控制压力而
排放 ,之后在弹簧的作用下 ,阀座重新与球体贴合 。 N 室向外界排出压力时 ,阀座即后退 ,使之与球体脱
一般具有自动泄压机能的是单密封 双密封则是由阀体上附加的安全泄压。浮动球阀也需要泄压
力或预紧力的作用下补偿球体圆度和表面微观不平 度的能力 。因此 ,阀座与球体之间必须具有足够大 的密封比压 。
面上的比压增大 ,形成单面密封 ,同时 ,阀前阀座密
封面上的比压相应减小 ,往往不保证密封 。当阀座
浮动球体固定时 ,流体压力不能使球体产生位移 ,而
是阀座借助于弹簧或流体推力压向球体 ,建立密封
D 812
用于 650℃以下阀门
≥42
镍合金
10 - 5 / ℃,硬度为 80HS,抗拉强度为 16M Pa,抗压强
D n i347
用于核电站阀门密封面
度为 48M Pa,弯曲强度为 28M Pa。能耐硫酸 、氢氟酸
D n i357
用于耐热 、耐蚀介质阀座密封面
等强酸强碱的腐蚀 。
36 ( 6 )聚醚醚酮 44 聚醚醚酮 ( PEEK)具有热固性塑料的耐热性 ,化 4 学稳定性和热塑性塑料的成型加工性能 ,连续使用温 04 度可达 240℃以上 ,玻璃纤维增强可达 300℃以上 ,密 :4 度 为 113g/ cm3 , 抗 拉 强 度 为 162MPa, 弯 曲 强 度 为 P 233MPa。除浓硫酸及硝酸外 ,能耐大多数及无机溶 OU 剂的侵蚀 ,可在 200～260℃的蒸汽中长期使用。 R ( 7 )聚酰亚胺 G 聚酰亚胺 ( P I)是一种新型耐高温工程塑料 ,可 QQ 在 - 240～260℃的空气中长期使用 ,具有优异的电 N 绝缘性 、耐磨性 、抗高温辐射性能和物理机械性能 。 IG 抗拉强度为 100MPa,弹性模量为 4MPa。在室温下 ES 能耐稀酸和大多数有机溶剂 ,但不耐强氧化酸和强 D 酸 ,也不宜长期浸于水中 。 VE 312 金属密封材料 AL 金属密封表面硬度高且有合适的硬度差 。可通 V 过表面硬化来提高硬度 ,增强耐磨性能 。金属密封
3 密封材料
( 3 )聚全氟乙丙烯 聚全氟乙丙烯 ( PFEP - F46)具有耐高温和耐低 温性能 ,可在 - 85 ～205℃范围内长期工作 ,密度为 211g / cm3 ,导热系数为 0125W / (m·c) ,线膨胀系数 为 (915～1916) ×10 - 5 / ℃,抗拉强度为 19～20M Pa, 抗压强度为 710M Pa,弯曲强度为 14M Pa。具有与聚 四氟乙烯相当的化学稳定性 ,能耐各种浓度的无机 酸 、碱 、醇 、酮 、烃类 、卤代烃 、芬烃 、油脂和去污剂等 。 ( 4 )聚酰胺
对位聚苯 ( PPL )具有耐高温性 ,耐化学腐蚀性 ,
STL 16 S TL 112
用于 650℃以下阀门 用于 650℃以下阀门
≥40 ≥42
抗溶剂性 ,自润滑性 ,耐辐射性 ,低摩擦系数 ( 0113)
D 802
用于 650℃以下阀门
≥40
等特点 。密 度为 2g / cm3 , 线 膨胀 系数 约为 511 ×
阀座密封材料主要有特殊高分子和金属密封
聚酰胺 (N1010 ) 在常温下具有较高的抗拉强
2类 。
度 ,良好的冲击韧性 ,高的硬度和疲劳强度 ,特别是
— 22 — 阀 门 2010年第 3期
耐磨性和自润滑性能优异 ,低摩擦系数 ( 0103)等特
70M Pa。能耐较高温下的无机酸 、较低温度下的盐
溶液强氧化剂 ,也能耐室温下的大多数有机介质 。
图 8 空心管式密封阀座
(4)旋转式 旋转密封阀座 (图 9)主要特点是阀门在启闭过
程中 ,阀座可沿通道轴线作旋转运动 ,其结构在阀座 的圆周上分布一圈齿牙 ,球体每关闭一次 ,阀座旋转 一个齿 。这样使阀座沿圆周产生均匀磨损 ,从而改 善了阀座工作状况 ,延长了阀座的使用寿命 。
J IN Yan2chen, ZHAN G Q ing2m ing, ZHAN G 2L e i
36 (B TL V alve G roup, W enzhou 325105, C hina) 444 Abstract:D esc ribes the p rinc ip les and func tions of the sea ling va lve sea t, w ith em p hasis on the struc tu re 4 of the sea t typ e and sea t design m e thodo logy and ca lcu la tion p rocess, as w e ll as the sea t of the comm on2 40 ly used m ate ria ls. P: Key words: ba ll va lve; ha rd sea ling va lve sea t; soft2sea ling va lve sea t; design and ca lcu la tion; struc tu ra l U typ e; m aterials
2010年第 3期 阀 门 — 1 9 —
文章编号 : 100225855 (2010) 0320019204
球阀阀座结构分析
金衍臣 ,张清明 ,张 磊 btl管线球阀 (伯特利阀门集团有限公司 ,淅江 温州 325105)
( a)压缩弹簧式 ( b)碟形弹簧式
GROUP:40444436
图 3 弹簧组合式阀座
Q (4)活塞式阀座
Q 活塞式阀座 (图 4)是依靠进口介质压力产生密
GN 封力 ,阀座被推动压紧球体 ,密封圈产生弹塑性变形
SI 实现密封 。 VALVE DE p=fs
主要是活塞跟前后密封没 有关系主要是中心直径
殊高分子材料主要有聚四氯乙烯 、聚三氟氯乙烯 、聚
44436 图 6 本体堆焊式阀座 04 ( 2 )多层式
4 多层式密封阀座 (图 7)是多层不锈钢片和多层 P: 薄石墨片交替叠放经特殊的加工手段卷压制而成 U 的 ,提高了高温高压下的性能 。
GN QQ GRO 图 7 多层式密封阀座 SI (3)空心管式
( a)截断泄放阀座 ( b)双倍运动阀座 ( c)双级密封式阀座 图 4 活塞式阀座
程中 ,因阀座损坏或火灾而造成事故 。可在阀座上 增设一组注脂孔 。注脂密封仅起辅助密封作用或作
截断泄放阀座在阀腔内的压力异常升高到大于 为临时应急措施 。
下游端压力时 ,形成的压差作用产生向外推力 ,克服
2010年第 3期 阀 门 — 2 1 —
离接触 ,阀座与球体之间的磨损和摩擦以及操作转
矩更小 ,适合于高中压大口径球阀 。组合式由弹簧
组阀座与活塞式阀座组合而成 。前者起主要密封作
用 ,后者接通控制压力 ,起辅助密封作用 。
( a)内 、外调节式 ( b)波纹管式 ( c)注脂密封式 ( d)双推动式 ( e)组合式 图 5 特殊结构式阀座
内调节式阀座是阀座与球体之间的密封比压靠 内调整螺母调节 ,其优点是没有向外的泄漏点 。外 调节式阀座是阀座与球体之间的密封比压靠外部调 节螺塞压紧楔块使伸缩套产生位移进行调整 。
特殊结构式阀座 (图 5)有内或外调节式 、波纹
( a)单斜面式 ( b)双斜面双线式 ( c) V 形线型自封式
管式 、注脂密封式 、双推动式和组合式 。
( d)特殊式
图 2 弹性阀座
(3)弹簧组合式 弹簧组合式阀座 (图 3)是沿阀门通道横向截面
圆周均布一组压缩弹簧或仅用一只碟型弹簧的推 力 ,始终保持阀座压紧球体而达到预紧状态 。
D 507
用于 450℃以下阀门
≥40
310M Pa,弯曲强度为 310M Pa,耐化学性能良好 ,耐
D 507M o D 547M o
用于 510℃以下阀门 用于 600℃以下阀门
≥38 ≥37
弱酸 、弱碱和一般溶液 ,耐油性能优异 。
D 577
用于 510℃以下阀门
≥28
( 5 )对位聚苯
钴基硬质合金