上海申弘閥門有限公司
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固定式球閥設計原理 |
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| 詳細介紹 | ||||||||||||||||
之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現在介紹固定式球閥設計原理通徑和壓力級的限 制，這樣就促進固定球球閥結構的發明。“固定球球 閥” 一詞的翻譯是不十分確切的，英文“trunnionmounted ball valve”準確的譯文應是“支軸球球閥”， 球體上帶有兩個支承軸的球閥。這一結構的球閥，大大拓展了球閥的壓力等級和通徑。下面討論其結構原理。支撐，閥座是浮動 的，在介質力作用下，推向球體產生一個接觸應力， 以獲得可靠的密封。同浮動球球閥一樣，閥門從開啟至關閉，或者從關閉至開啟回轉90°角行程。 (2)固定式球閥設計原理固定球球閥結構特征 固定球球閥閥體由主閥體，左、右兩個副閥體組 成，球體是一個上端有軸頸，下端有一軸孔的球體， 閥體上部有一個填料箱，與球體軸頸相接處有一個滑 動軸承，球體下端有一個軸孔，裝有滑動軸軸承套， 閥體底部有一個軸承插入球體下端的軸孔內。這樣球 體被保持在回轉中線上，轉動時不會產生偏移。球體 兩側對稱地有兩個浮動的閥座組件，這一閥座組件由 金屬座圈，鑲嵌在座圈內PTFE密封環，外緣上的橡 膠0形圈和背面螺旋彈簧等組成。當閥門關閉時， 介質力作用在密封座的組件上，使閥座與球體接觸， 產生接觸應力，獲得有效的密封。閥桿與填料箱體由 〇形橡膠圈密封。 固定球球閥的結構比浮動球球閥復雜得多，其原 理是介質壓力推動閥座組件作用在球體上產生接觸應 力來獲得密封，球體回轉中心軸線不發生偏移，閥座 的組件是浮動的，所以稱之為固定球-浮動閥座結構。 由于介質作用力是作用在一個環形面積上（圖3-14)， 其介質推力遠小于浮動球球閥介質的作用力，所以固 定球球閥結構適用于高壓大口徑，其適用的范圍壓力 級為Classl50?2500，閥門通徑為NPS 2?60。對于采用PTFE、增強PTFE、尼龍、PEEK等高分子材 料作密封環的結構，設計中仍然要滿足密封比壓q大于必需的密封比壓qb，小于材料的許用比壓[q]，即qb<=q<=[q]。 固定式球閥設計原理由此可見，與浮動球球閥比較，固定球球閥特征如下： ①球體和閥座組合后的尺寸是一個自由尺寸， 并不像浮動球球閥結構形成一個封閉尺寸鏈。因此， 其密封性能在結構上不受溫度和壓力波動的影響； ②同樣是介質自密封的原理，但固定球球閥的 介質力是作用在閥座的環形面積上，比浮動球球閥介 質力作用在整個通道截面顯然要小得多，而且可以通 過合理的設計來予以控制，所以這種結構適用于 NPS 60以下，壓力等級適用于Class2500以下的所 有球閥規格，成為球閥發展中重要的一個結構形式； ③基于上述的同樣理由，球閥的操作力矩亦遠比浮動球球閥小； ④其結構比浮動球球閥復雜，重量大，價格也 比同規格浮動球球閥貴； ⑤可以設計成全通徑、標準通徑和縮徑，具有較大的流通能力和較低的流阻系數。座在閥腔中的壓力大于出口端壓力時， 作用在出口端閥座上的介質壓力形成一個壓力差Ap， 這一壓差乘以環形面積JF=0.785(名一4)即為作用于出口端閥座上的力，其方向推開出口閥座，使腔體壓力泄放。 典型的自泄放閥座由閥座、密封環、彈簧、〇形密封圈等組成。彈簧可以選用一組螺旋彈簧或一只碟形彈簧，可以設置在管線側閥座的底部，也可以設置在閥腔側閥座的背部。閥座與閥體側的密封，可以是〇形橡膠密封圈，也可以用由PTFE制成的V形碗。 (2)固定式球閥設計原理雙重密封閥座 圖3-16所示為雙重密封閥座的設計，只要調整密封環與0形橡膠密封圈的相對位置，或改變密封座尾部尺寸（圖3-16的辦）就可達到雙重密封功能， 又稱之為“雙活塞效應”。 進口端閥座在進口端壓力高于閥腔中壓力時，作用在進口端閥座上的介質壓力形成一個壓力差該壓差乘以環形面積F=0.785(必2—山2)即為閥座的密封力，該力推動閥座使球閥密封，截斷進口端介質。 出口端閥座在閥腔中的壓力大于出口端壓力時， 作用在出口端閥座上的介質壓力形成一個壓力差Af， 該壓差乘以環形面積F=0.785(*2—A2)即為作用于出口端閥座上的力，該力也推動閥座使球閥密封， 截斷腔體壓力向出口端流動，即前級密封后級也密封。 雙重密封閥座的兩個閥座都具備正和反兩個方向切斷流體的功能，稱之為隔離型閥座，而自泄放型閥座設計，就閥座本身而言是單向密封。
3. 3.3固定式球閥設計原理固定球球閥的結構 (1) 球體 上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥介紹了密封座的各種結構形式設計之后，再來觀察固定球球閥的球體結構。固定球球閥的重要特征是球體在開關過程中不偏離球體的回轉中心，球體上支軸的設計有三種結構形式： ①如圖3-14所示，球體上部有一個軸柄，下部 是一個軸孔，供一個固定軸插入，球體的結構是一個軸，一個孔的結構。 ②如圖3-17 (a)和（b)所示，球體上是兩個上下的軸孔，分別由上軸和下軸插入，圖（a)所示 的結構適用于小口徑，在球體上軸孔的插人深度短， 只能承受較小的介質力，圖（b)所示的結構，適用于大口徑，可承受較大的介質力，而且支承軸頸和驅 動軸分離，驅動軸只承受轉矩的作用。 ③如圖3-17 (c)所示，球體上是兩個外伸的 軸，垂直上下兩塊支撐板，介質力通過軸頸和支撐板傳遞到閥體上，同樣，驅動軸只承受單一的轉矩作用，分離了介質力和操作力矩。 (2) 閥體 由于閥體是一個鍛造的筒體，沒有通常的閥頸， 閥頸被一個填料箱替代，填料箱體通過螺栓固定在閥體的平臺上，軸封則是采用0形橡膠圈，外部與執行器的連接支板，也是通過填料箱體上的通孔，固定在閥體上，可知，這種圓筒狀結構閥體，在軸頸部 分，閥體的強度被大大地削弱了。 至于閥體的結構，與浮動球球閥一樣，有側裝式和上裝式兩種。 側裝式可以分為兩段式，一個主閥體和一個副閥體結構，也可以是三段式，一個主閥體和兩個副閥體結構。
固定式球閥設計原理 3.3.4閥體與密封座的壓力-溫度額定值 與浮動球球閥一樣，閥體材料在使用中有一個壓力-溫度額定值，這一數值由標準ANSI B16. 34給出。 另外，不同密封材料，鑲嵌在金屬閥座中，也有一個壓力-溫度額定值。因為，密封材料在使用中的壓力- 溫度額定值除了與壓力、溫度有關，而且與通徑和密 封材料的鑲嵌或結構形式有關。所以這一數值和浮動球球閥不同，各個制造廠提供的數據也不盡相同。應由閥門制造廠提供。圖3-18所示是閥體和密封材料的壓力-溫度額定值。 3.3.5固定球球閥的適用范圍與引用標準 浮動球球閥適用范圍在Class 600級以下，通徑在NPS8以下。固定球球閥的適用范圍就沒有這個限制，這是由于設計中閥座上密封材料的比值能夠予以控制，因此，它適用于Class2500級以下，通徑 NPS60以下所有規格。
固定式球閥設計原理供參考的相關的產品標準是API 6D-2008《管線閥門》等同的標準ISO14313—2007《石油天然氣工業一管線輸送系統一管線閥門》。其他的引用標準可參見3. 4. 8管線球閥的引用標準。與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥 |
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