大口径阀门的分类与技术指标

阀门，是应用较为广泛的阀体之一，它出现很早，推广使用较晚。它的工作原理与旋塞阀一样，都是靠旋转衬套来使管件启闭的，但比旋塞阀继电器轻便，相对容积小，可以弄成大口径球阀。阀门密封靠谱，结构简略，修理便于球阀种类，密封面与立方体常在闭合状态，不易被介质冲刷。现在，美国球阀口径已达，在石油、化工、冶金、轻纺、食品、原子能、航空等部委广泛使用。

1、球阀的分类

阀门分为两大类：浮动式、固定式（见图1）

a、浮动式联轴器

b、固定式联轴器

图1浮动式、固定式联轴器结构

1.1、浮动式球止回阀

阀门的立方体是浮动的，在介质压力作用下，立方体能形成一定的位移并紧压在出口端的密封面上，保证阀门的密封。浮动球止回阀的结构简略，密封性好，但立方体承受工作介质的挠度全部传给了出口密封圈，所以要考虑密封圈材料能够经受得住立方体介质的工作荷载。这些结构，广泛适于中低压阀门。

1.2、固定球止回阀

阀门的立方体是固定的，受压后不形成联通。固定球止回阀都带有浮动喷嘴，受介质压力后，喷嘴形成联通，使密封圈紧压在立方体上，以保证密封。一般在与立方体的上、下轴上装有联轴器，操作扭距小，适用于高压和大口径的球阀。为了提高阀门的操作转速和提高密封的牢靠程度，近些年来又出现了衬套阀门，既在密封面间压注特制的润滑油，以产生一层油膜，即加强了密封性，又提高了操作力矩，更适用高压大口径的阀门。

2、浮动阀门的密封

浮动球止回阀的结构简略，密封性好，但立方体承受工作介质的荷载全部传给了出口密封圈，所以密封圈材料能够经受得住立方体介质的工作挠度是关键。通常说来，密封圈都是用聚四氟烯烃等弹性材料制造，金属与非金属材料组成密封副，也就是一般称为软密封。软密封的密封性容易保证，而且对密封表面的加工精度与表面粗糙度要求也不很高。在介质的压力下，圆球向出口端位移并压紧垫圈，这时，立方体压在壳体上的力QMJ为：

式中：DMW—阀座密封面直径

DMN—阀座密封面直径

P—介质工作压力

为了保证低压时的密封，阀门和喷嘴所应当的预紧比压不应大于1200N·M，预密切封主要靠叶轮原本的弹性，因此密封面的长度是受一定限制的，估算式为：

式二

式中：[q]—许用挠度（聚四氟烯烃许用挠度为1530N·M）

对于带弹性器件的喷嘴，它的工作靠谱性和使用年限巨大程度上取决于正确选择密封喷嘴的预压缩力。

低压时，在预紧力不足的状况下，将不能保证阀门的密封，过渡的压缩会导致立方体和纵梁间的磨擦质心降低，并或许导致汽缸材料的塑性变型。

喷嘴与阀门槽之间的间隙δ1，是保证阀门正常工作的基本条件，在选择间隙δ1时，应当考虑预压缩汽缸的均匀伸长应在总的弹性变型范围内，对此选用：

式3

式中：DMP—阀座平均半径；σMJ—弹性变型范围内喷嘴横截面的许用蠕变，对聚四氟烯烃制壳体,σMJ=820（N-M）；E—阀座材料的弹性螺距，对聚四氟烯烃制壳体，E=48000～81600（N-M）。喷嘴的密封材料通常都是用聚四氟烯烃，在现有塑胶中，物理稳定性强的是聚四氟丁二烯，它对物理作用的稳定并且超出贵重金属金和铂、玻璃、陶瓷、搪瓷、特种钢材和合金。物理磨蚀性较强的物质—浓酸、稀酸、浓氨水、强的氧化剂也不能对聚四氟烯烃起任何作用，有“塑科王”之称。除个别卤化胺或芬芳烃使聚四氟烯烃塑胶有轻度的烧蚀现象此外，吡啶、酸类、酯类等有机丙酮对聚四氟烯烃都无作用，不会发生净重变化及溶蚀现象。对它能发生作用的仅为熔体态的碱金属、三氯化氯及元素氟等，但也仅仅在低温、高压下作用才明显。之外，聚四氟烯烃也不受氧或紫外线的作用，不吸水、具有不燃性。

它具备很高的耐磨性和耐热性，使用气温范围为-180～250℃，在250℃处理240h，电学功耗无增加，390℃每小时失重0.006％。它的介电功耗优良，但是电功耗不受速率和湿度的影响，可在250℃下常年工作。由上可知，用聚四氟烯烃作为联轴器的密封是较为理想的。聚四氟烯烃的弹性螺距值巨大，所以，材料的功耗决定了其弹性变型很小，一但常年便用，材料的弹性不足以填补密封面的锈蚀，这时阀门的密封就该破坏，然而，在设计叶轮时考虑怎样从结构上提高它的弹性，我们采用了弹性结构（见图2）。

图2喷嘴密封圈

这些喷嘴有如下优点：

(1)密封面内有一个视角40°±1′；

(2)密封喷嘴上方有一个R2的圆形槽；

(3)与阀门的配合留有间隙δ1可降低弹性。

结构原理为：在无预紧力组装时，立方体与A点相切，组装预紧力使球轴位移，位移通常在0.2～0.4(mm)之间，当立方体遭到压力后，立方体随压力方向贴近在密封面上，这时密封圈向外膨胀球阀种类，使密封面与球面不会贴的太短而导致转速减小，卸压后，密封喷嘴基本上又恢复到原先安装时的位置。

自密切封，是较为特殊的密封方式，我厂生产的大口径阀门，轮缘密封全部选用该结构。工作原理是：运用介质压力进行自密切封，它的密封圈装在内椎体外，跟介质相向的一面成一定视角，介质压力传给内椎体，以传递给密封圈，在一定视角的径向上形成两个分力，一个与阀门中心线平行向外，另一压向阀门内壁，上面这个力便是自紧力，介质压力愈大，自紧力也愈大，考虑到低压时的密封，在自密切封里面应当提高一定的预紧力，保证其密封功耗。

3、球阀的力矩

阀门磨擦力的大小，除了取决于介质的工作压力和管件的管径，并且和阀门的方式、密封和支承部件的结构及密封材料的性质有关，因此，每一详细结构中，密封座上的磨擦力还取决于阀门晃动的视角。

在正常液位下动作的转速：当阀门摇动开启到30°时，出现大值，全开时（90°）为零，实际上，当阀门搬到80°时，压差一般大大地大于大值。当关掉阀门时压差大，随着它的打开程度降低而渐渐减少，因此在压力恒定的状况下，大力转速形成摇动到30°～40°时。阀门的工作可界定为二个主要阶段。

(1)从立方体启动到开始打开阀门阶段，这个阶段立方体中仅作用着由密封器件中预紧力和工作介质静压力所形成的磨擦力。

(2)从开始打开球阀到球孔与管件通道完全重合阶段，这个阶段对静压差形成的磨擦力，需要加上因为液体或氢气介质力作用的力。随着球阀的关掉，立方体将挡住通孔，那样，立方体上的流体动作力将减少，而液位减小。

4、总磨擦力矩的估算

球阀的磨擦力矩按下式估算：

MF=MQZ+MFT+MFC（N-M）（4）

式中：MQZ—球体在喷嘴中的磨擦质心

MFT—填料与轴套的磨擦质心

MFC—阀杆腹部的磨擦质心

剖析阀门形成的斥力阐明，阀门在介质的作用下，浮动立方体向出口端位移，所形成的斥力全部由出口的喷嘴密封圈承受，球前缸盖密封圈不承受斥力，同时也不影响磨擦力矩。

式5

式中：f—摩擦系数，对于聚四氟烯烃密封圈f=0.5

轴套在滤料中的磨擦扭力取决于密封的方式和工作压力的大小,在压紧时,上下密封圈都承受均匀的压力,滤料中的磨擦力不取决于立方体的晃动视角,因此,滤料的磨擦扭力按下式:

MFT=π.2Pf(N-M)(6)

式中：dF—阀杆半径

h1—单圈滤料与导轮接触高度

Z1—填料圈数

凸缘背部的磨擦扭力可按下式：

式7

式中：dF、dFT—阀杆头估算半径由上可知，阀门的启闭转矩是由多方面来决定的，对于管径≤100mm，使用压力在1.6Mpa以内的阀门,其启闭扭力不能少于60N-M。以上剖析可知，浮动联轴器有它的局限性，因为结构上的成因，在大口径高压力下会出现转速成倍提高。为此，就应当采用固定式结构的阀门，我们也将逐步进行解读其适用功耗。

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