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流阻zui小的閥門(mén)結(jié)構(gòu)-球閥概述
點(diǎn)擊次數(shù):578 發(fā)布時(shí)間:2008-10-22
以球體作為關(guān)閉件的閥門(mén).稱(chēng)為球閥。球閥主要由閥體、閥座、球體、閥桿、手柄或其它驅(qū)動(dòng)裝置組成。圖1-1所示為手動(dòng)球閥結(jié)構(gòu)圖。球閥的主要功能是切斷或接通管道中的流體通道.即球閥通常為閉路閥。因此,球閥的作用原理很簡(jiǎn)單:藉助手柄或其它驅(qū)動(dòng)裝置在閥桿上端施加一定的轉(zhuǎn)矩并傳遞給球體,使它旋轉(zhuǎn)90°特殊球閥結(jié)構(gòu)例外,球體的通孔則與閥體通道中心線(xiàn)重合或垂直.球閥便完成了全開(kāi)或全關(guān)的動(dòng)怍。如果是三通或四通球閥。它們切換流體通道的功能同樣是籍助球體轉(zhuǎn)動(dòng)90°來(lái)實(shí)現(xiàn)的。球閥的密封原理依其結(jié)構(gòu)而異。常用的球閥結(jié)構(gòu)可分為浮動(dòng)球球閥與固定球球閥兩大類(lèi)。浮動(dòng)球球閥的球體自由支承在閥座上。
在流體壓力怍用下。球體在流體流動(dòng)方向產(chǎn)生位移.使它與閥后閥座密封面更緊密地接觸.即在該密封面上的比壓增大,形成單面密封;同時(shí),閥前閥座密封面上的比壓相應(yīng)減小,往往不保證密封。在固定球球閥中,球體具有上、下轉(zhuǎn)軸.被固定在球體的軸承中。因此,球體的位置固定,流體壓力不能使它產(chǎn)生位移。可是,閥座卻是浮動(dòng)的,它們藉助于彈簧或流體推力壓向球體,建立密封比壓。因而固定球球閥可根據(jù)使用要求設(shè)計(jì)出三種密封結(jié)構(gòu),閥前閥座密封、閥后閥座密封、閥前閥后閥座密封。本書(shū)將在第3、4章對(duì)上述密封結(jié)構(gòu)以及受力分析進(jìn)行詳細(xì)介紹和討論。
二、球閥的特點(diǎn)
球閥是本世紀(jì)50年代問(wèn)世的一種新型閥門(mén)。在短短的30多年里,球閥已發(fā)展成為一種主要的閥類(lèi),它在航天、石油化工、長(zhǎng)輸管線(xiàn)、輕工食品、建筑等許多方面都得到了廣泛的應(yīng)用。這是因?yàn)椋蜷y與其它閥類(lèi)相比,具有許多突出的優(yōu)點(diǎn),受到人們的歡迎。球閥的主要特點(diǎn)如下:
1流體阻力小 球閥一般有縮徑和不縮徑通道兩種結(jié)構(gòu)。無(wú)論那種結(jié)構(gòu),球閥的流阻系數(shù)都比較小。特別是所謂全流量型,即不縮徑的球閥,由于其通道直徑等于管道內(nèi)徑,局部阻力損失只有同等長(zhǎng)度管道的摩擦阻力,即在所有閥門(mén)中,這種球閥的流阻zui小。在火箭發(fā)射及其試驗(yàn)系統(tǒng)中,要求輸送管道的阻力越小越好。減少管路系統(tǒng)的阻力有兩個(gè)途徑:一是降低流體流速,為此需要增大管徑和閥門(mén)通徑,這對(duì)于管路系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性往往會(huì)產(chǎn)生不利的影響,特別對(duì)低溫輸送系統(tǒng)液氫是極為不利的;一是減小閥門(mén)的局部阻力,因此,球閥自然就成了*選擇。
2開(kāi)關(guān)迅速、方便。由于球閥在一般情況下只需手柄轉(zhuǎn)動(dòng)90°就完成了全開(kāi)或全關(guān)動(dòng)作,很容易實(shí)現(xiàn)快速啟閉。
3密封性好。目前,絕大多數(shù)球閥的閥座都是用聚四氟乙烯等彈性材料制造,金屬與非金屬材料組成的密封副,通常稱(chēng)為軟密封。一般說(shuō)來(lái),軟密封的密封性容易保證,而且對(duì)密封表面的加工精度與表面粗糙度要求也不很高。
4壽命長(zhǎng)。由于聚四氟乙烯PTFE或F4有良好的自潤(rùn)滑性,與球體的摩擦磨損小,而且由于球體加工工藝的改進(jìn),使粗糙度降低,從而提高了球閥的使用壽命。據(jù)報(bào)道,美國(guó)W-K-M公司在試驗(yàn)室內(nèi)對(duì)球閥進(jìn)行壽命試驗(yàn),開(kāi)關(guān)次數(shù)超過(guò)10萬(wàn)次。
5可靠性高球閥的可靠性高主要是因?yàn)椋?/FONT> ①球體與閥座一對(duì)密封副不會(huì)發(fā)生擦傷、急劇磨損等故障; ②閥桿改為內(nèi)裝式后,消除了閥桿在流體壓力作用下可能因填料壓蓋松開(kāi)而飛出的事故隱患; ③采用防靜電、耐火結(jié)構(gòu)的球閥,適用于輸送石油、天然氣、煤氣的管線(xiàn)。 6閥體內(nèi)通道平整光滑更適于輸送粘性流體.漿液,以及固體顆粒。 三、發(fā)展概況與展望 早在19世紀(jì)80年代美國(guó)就開(kāi)始設(shè)計(jì)球閥,但是當(dāng)時(shí)缺乏適當(dāng)?shù)拿芊馊Σ牧?,限制了球閥的發(fā)展,使它未能成為一種正式工業(yè)產(chǎn)品。直到本世紀(jì)50年代,聚四氟乙烯等彈性密封材料的出現(xiàn)才使球閥的產(chǎn)生與發(fā)展出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī);同時(shí),也由于機(jī)床工業(yè)的發(fā)展,使球體加工技術(shù)提高,能夠?qū)崿F(xiàn)球體所要求的尺寸精度與表面粗糙度。 目前,球閥zui大公稱(chēng)通徑已達(dá)3050mm,這是美國(guó)EscherWyss公司為田納西州的一個(gè)泵站所提供的4臺(tái)球閥,用作透平機(jī)出口的切斷閥,設(shè)計(jì)壓力為4.8MPa。球閥的zui高工作壓力已達(dá)72MPa,其相應(yīng)溫度高達(dá)1000℃。 球閥不僅在一般工業(yè)管道得到了廣泛應(yīng)用,而且在核工業(yè)、宇航工業(yè)的液氧與液氫輸送管線(xiàn)上普遍采用。 全塑料球閥近年來(lái)發(fā)展較快。其特點(diǎn)是:耐腐蝕,重量輕,成本低。在水道、化學(xué)管道上應(yīng)用越來(lái)越廣。西德一家閥門(mén)公司已制造通徑為6"的塑料球閥;美國(guó)HillMaccanng公司制成一種含氟塑料球閥,商業(yè)名稱(chēng)為Kynar,據(jù)稱(chēng)具有高強(qiáng)度、優(yōu)良的耐溫與耐腐蝕性能,適用溫度為≤250℃。 大口徑輸油或天然氣管線(xiàn)是球閥應(yīng)用的一個(gè)重要方面。公稱(chēng)通徑范圍:600~1400mm,工作壓力通常為8.0MPa。為了確保安全,一些制造廠(chǎng)商都按管線(xiàn)球閥的使用特點(diǎn)和它所受外界自然條件的影響,進(jìn)行抗地震的彎曲試驗(yàn)、防止火災(zāi)漫延的試驗(yàn)、耐氣候條件的綜合試驗(yàn)、緊急切斷試驗(yàn)等。 為了適應(yīng)高溫工況的需要,近年來(lái)還發(fā)展了高溫球閥,它的閥座材料不再是聚四氟乙烯,而是金屬、石墨或碳素纖維等。 一些特殊用途的特殊結(jié)構(gòu)球閥在不斷涌現(xiàn)。如我國(guó)某國(guó)防科研的試驗(yàn)系統(tǒng)上采用了自行研制的三通半球閥,降低了切換閥的流阻并減小了操作轉(zhuǎn)矩。又如美國(guó)Fisher公司生產(chǎn)的V形缺口球閥,用以輸送纖維和紙漿流體。V形缺口球閥還可用于流量的高精度調(diào)節(jié)。 我們可以預(yù)料球閥今后將在以下幾個(gè)方面得到更大的發(fā)展: 1密封面材料聚四氟乙烯F4作為球閥密封面材料已有近30年歷史,但它必定還會(huì)在生產(chǎn)工藝、物理性能主要是克服冷流性、提高耐壓強(qiáng)度、耐溫性能方面進(jìn)一步改善,以提高球閥的性能和適用范圍。耐高溫、耐磨、耐腐蝕的低摩擦系數(shù)的金屬或非金屬密封材料將會(huì)不斷被研制出來(lái)。 2新型結(jié)構(gòu)球閥將會(huì)不斷涌現(xiàn) 其目的主要在于提高壽命、密封可靠性和改善加工工藝性。各種彈性閥座的球閥將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。 3全塑料球閥會(huì)有很大的發(fā)展在新型塑料的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)與注塑工藝性等方面的發(fā)展將會(huì)使塑料球閥的通徑、適用工作溫度與壓力范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。 4長(zhǎng)輸管線(xiàn)球閥會(huì)在遙控、自控、工作可靠性、壽命諸方面得到提高,它們的需要量也會(huì)增加。還會(huì)從輸油氣管線(xiàn)用的球閥發(fā)展到輸送漿液、固體介質(zhì)的長(zhǎng)輸管線(xiàn)用的球閥。