导向槽式升降杆球阀阀座结构的改进

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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）