摘要 介绍了全焊接q341f.com/' target='_blank'>球阀的结构特性和工作原理以及存在的问题，在此基础上根据使用经验对其进行了优化设计，并对优化后阀门的阀座密封比压、双活塞效应进行了校核，计算结果表明，优化设计后阀门密封性能可靠。

01 概述

球阀作为集输装置的重要设备，其市场容量大，前景广阔。由于全焊接球阀无外泄漏、整体刚度好、可埋地、耐高温、高压、耐腐蚀强和使用寿命长等优点，全焊接球阀已经广泛应用于石油、化工、电力、制药、食品、轻工等行业油、气、化工等管道输送。本文在介绍该阀门结构及原理的基础上根据使用经验对其进行了进一步优化设计。

02 结构特性和工作原理

全焊接球阀主要由左右体、中体、球体、阀杆、支承圈、三角形阀座等组成（图１）。阀门主体部件均用锻钢锻造而成，为防止腐蚀并保证阀门密封，在球体、阀杆、支承阀、中体上法兰表面进行了镀锌处理。阀门采用执行器的通过球体转动进行开启和关闭输送介质，全焊接球阀结构简单，操作方便。

图１ 全焊接球阀

阀门双活塞阀座密封结构装置工作原理，在支承圈和座体之间依次设置的2道O形圈构成的阀座密封装置。螺旋弹簧的预紧力推动支承圈、2道O形圈和螺旋弹簧构成了双活塞阀座密封结构装置，在无介质压力的初始状态下，由螺旋弹簧提供预紧力，将推向2道O形圈，使其压缩后形成初始密封，实现了左右体与阀座支承圈密封组件的初始密封。螺旋弹簧的预紧力同样传递给三角形阀座，使三角形阀座压紧球体，实现了球体与三角形阀座之间的初始密封，从而实现了球体和左右体密封组件的初始密封。

当有介质通过时，阀门主流道口进入阀体，由于介质的压力对支承圈、2道O形圈的作用形成推力，进一步压缩支承圈和2道O形圈，并使三角形阀座紧密贴紧球体，形成工作状态下的密封，从而实现了球体和左右体工作状态下的密封。

03 优化设计

3.1存在问题

（１）阀门的好坏，主要取决于阀座密封装置密封性能的好坏进口气动高压焊接球阀，当阀门长时间输送介质，介质中的颗粒、沙、尘、管道存在铁锈和腐蚀性强的杂质等，堆积并附着在球体表面，当开启和关闭阀门时，容易划伤损坏球体金属和角形阀座密封面，导致阀门产生泄漏，甚至导致阀门卡死，无法正常运行。

（２）随着阀门开启和关闭的次数增多，三角形阀座磨损严重，造成密封失效，产生输送介质泄漏。

3.2 改进措施

在保持改进前（图２）阀门双活塞阀座密封结构装置与原理不变的基础上，针对上述存在的问题对该阀门的密封装置进行优化设计，以提高该阀门的密封性能和可靠性能，减少阀门的泄漏发生，提高阀门的使用寿命。优化后的阀门双活塞阀座多重密封结构装置如图３所示。

图２ 双活塞阀座密封结构（改进前）

图３ 双活塞阀座多重密封结构（改进后）

04 优化设计后阀门校核

阀座密封结构为金属与非金属的软硬复合密封（图４）。阀座组件在螺旋弹簧作用力下达成非金属初始密封，在介质压力逐渐加大过程中，阀座支承圈与球体形成金属对金属的硬密封结构，在高压下保护非金属密封环不被压坏，阀座密封环具有类似O形圈的自紧密封性质。阀座密封环外的压环防止了其被挤出，故只对初始密封比压进行计算。

对增加保护圈后阀门开启和关闭时，阀座密封比压、双活塞效应情况校核。

4.1 初始密封比压校核

根据全焊接阀门的实际尺寸（12'-600Lb）， 取螺旋弹簧总推力F=3.5kN由设计给定，阀座密封面外径DMW=324.45mm；阀座密封面内径DMN=320.5mm；密封面材料选用聚四氟乙烯（RPTFE），选用最小初始密封比压qM≥1.2MPa，可得出阀门由关闭状态打开时的初始密封比压qSC=1.75MPa＞qM=1.2MPa，校核为合格，阀门可以正常打开。

4.2 阀门密封双活塞效应校核

阀座密封面外径DMW=324.45mm，阀座密封面内径DMN=320.5mm，介质压力P=10.21MPa，螺旋弹簧总推力F=3.5kN，阀座支承圈受压内直径DJN=317.2mm，其数据均由设计给定，计算得出QF=40.83kN。

05 结语

针对全焊接球阀在使用过程中出现的一些问题，从材料选用、生产工艺、密封结构等几个方面对阀门进行了优化设计。经校核，本优化改进设计的阀门解决在使用过程中出现的质量问题，产品已经在工况现场得到实际应用，其质量稳定，密封性能可靠，减少了阀门的内漏进口气动高压焊接球阀，提高了阀门的使用寿命，值得广泛推广和应用。

下期论文：阀门内流场可视化试验的研究

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