摘要介紹了偏心Ｃ形球閥門(mén)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，剖析了蝶閥偏心結(jié)構(gòu)的密封功耗及影響其啟閉質(zhì)心的誘因，給出了立方體偏心值的理論剖析及估算過(guò)程，選用物理模型、模擬剖析并對(duì)比結(jié)果，提出了Ｃ形球止回閥偏心結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案。

01緒論

在高溫閥的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)防止管件胰臟中高溫介質(zhì)的蓄積，避免因介質(zhì)的異?；嘏?、壓力下降、閥體及濾料密封失效導(dǎo)致的安全車(chē)禍。為了閥腔安全泄壓，一般的閥門(mén)在立方體的上游端開(kāi)辦泄壓孔連通上游端，實(shí)現(xiàn)安全泄壓。管件設(shè)有泄壓孔后，只好雙向密封。Ｃ形立方體單殼體結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)單向密封及單向泄壓。Ｃ形立方體單殼體結(jié)構(gòu)避開(kāi)了固體顆粒物料或粉料在閥腔中的蓄積，避免管件開(kāi)啟關(guān)掉失效。同時(shí)，Ｃ形立方體的流通半徑與上游管子等徑，降低了物料對(duì)立方體的沖蝕。立方體偏心值的設(shè)計(jì)優(yōu)化直接影響球閥密封的牢靠性與安全性。本文通過(guò)剖析Ｃ形球止回閥立方體偏心值的影響誘因，構(gòu)建物理模型，模擬不同偏心值在不同啟閉角時(shí)的凸緣量、偏心轉(zhuǎn)矩，為Ｃ形球止回閥設(shè)計(jì)過(guò)程中偏心值的優(yōu)化設(shè)計(jì)和估算，提出了系統(tǒng)的解決方案。

02結(jié)構(gòu)特征

Ｃ形球止回閥以其新穎的立方體形狀及偏心結(jié)構(gòu)，防止了壓力／介質(zhì)在胰臟中迸發(fā)，密封安全靠譜，被廣泛適于強(qiáng)磨蝕介質(zhì)、固粉物料或超高溫領(lǐng)域。Ｃ形球止回閥偏心結(jié)構(gòu)提供的２個(gè)矢量運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)與平移，球閥在開(kāi)啟／關(guān)掉的過(guò)程中，球面噴嘴不會(huì)形成接觸，進(jìn)而防止了球面噴嘴磨擦或磨蝕。偏心立方體在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中形成的平移，使球面“楔緊”閥座。

偏心Ｃ形球止回閥噴嘴選用Ｃ形PCTFE密封圈，承壓件輔以316、304等奧氏體鍍鋅深冷處理，球閥可適于超高溫領(lǐng)域。管件外殼及啟閉件輔以317SS、310SS耐低溫材質(zhì)，可適于轉(zhuǎn)爐輸送坯料。汽缸、球體選用TTC，殼體過(guò)流通道選用TTC或襯陶瓷等工藝，球閥可應(yīng)適于砷化鎵等堅(jiān)固固粉物料載荷。若外殼及啟閉件輔以哈氏合金、20號(hào)合金等材質(zhì)，球閥可以應(yīng)適于乙酸、鹽酸或硝酸等強(qiáng)磨蝕載荷。

偏心C形球止回閥由閥門(mén)、閥座、球體、閥桿、支架和執(zhí)行器組成（圖1）。一般，偏心Ｃ形球止回閥具備單偏心和雙偏心結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖１Ｃ形球止回閥

圖２偏心Ｃ形球止回閥結(jié)構(gòu)

03模型構(gòu)建

3.1跡線(xiàn)多項(xiàng)式

圖３跡線(xiàn)多項(xiàng)式座標(biāo)系

以銷(xiāo)釘中心為座標(biāo)系確立噴嘴跡線(xiàn)多項(xiàng)式，以單偏心結(jié)構(gòu)為例（圖3）。

3.2偏心值對(duì)密封療效的影響

本文選用DN200PN2.5MPa、DN600PN1.6MPa作為模擬對(duì)象，分別將初始參數(shù)及變量代入δ１、δ２，并在關(guān)掉角θ１、θ２±5°和θ１、θ２±3°區(qū)間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡及間隙/凸緣（δ１／δ２）模擬。求得式（5）、式（6）中δ１／δ２噴嘴與球面間隙（+）/凸緣量（-），估算結(jié)果見(jiàn)表１、表２。其中，開(kāi)度為正值時(shí)，表示開(kāi)啟，開(kāi)度為負(fù)值時(shí)球閥，表示凸緣關(guān)掉。凸緣量為正值時(shí)，表示間隙，輪緣量為負(fù)值時(shí)球閥，表示凸緣。

3.3偏心值對(duì)球閥質(zhì)心的影響

偏心值形成的扭矩Me為

估算結(jié)果見(jiàn)表３。其他慣量，如噴嘴、球體磨擦質(zhì)心，輪緣、軸套磨擦質(zhì)心等與偏心值無(wú)關(guān)。

3.4密封特征剖析

經(jīng)特定的模擬對(duì)象、初始參數(shù)及變量的代入并在不同關(guān)掉角區(qū)間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡及間隙／凸緣的估算，剖析結(jié)果可以看出偏心值對(duì)立方體與噴嘴凸緣的影響，偏心值不同，輪緣量不同，所以在采用密封材料時(shí)應(yīng)考慮其偏心值。對(duì)于金屬襯套，如選用STL、Ni60、TTC等噴焊或超音速涂裝工藝時(shí)選擇較小偏心值；反之如選用PTFE、RPTFE等非金屬時(shí)則須選擇較大偏心值，確保立方體形成的凸緣量可以充分抵消非金屬襯套的變型量，因此應(yīng)預(yù)設(shè)一個(gè)凸緣補(bǔ)償視角來(lái)避免由非金屬襯套塑性變型或冷流導(dǎo)致的密封失效。從Ｃ形球止回閥在不同偏心值時(shí)的偏心扭力估算結(jié)果可以剖析偏心值對(duì)球閥質(zhì)心的影響，對(duì)于大口徑管件總扭力影響較大，為減少球閥啟閉質(zhì)心或執(zhí)行器質(zhì)心，可以適當(dāng)降低。

圖４立方體／噴嘴不同開(kāi)度（±５°）的間隙／凸緣量

圖５立方體／噴嘴不同開(kāi)度（±３°）的間隙／凸緣量

04結(jié)語(yǔ)

Ｃ形球止回閥的特殊結(jié)構(gòu)，防止了壓力／介質(zhì)迸發(fā)在胰臟中的風(fēng)險(xiǎn)。選用不同的材料、閥座結(jié)構(gòu)及密封材料，可設(shè)計(jì)為適用于LNG，液氨，液氧等超高溫，低溫木柴，海洋工業(yè)，煤焦化等嚴(yán)格載荷。Ｃ形球止回閥偏心值的設(shè)計(jì)優(yōu)化直接影響密封的靠譜性與安全性。因而，偏心值的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮立方體／噴嘴不同開(kāi)度的間隙／凸緣量及管件的啟閉質(zhì)心，對(duì)于不同的密封材料選擇相適應(yīng)的偏心值。

上期論文：大口徑楔式閥門(mén)密封副結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

閥門(mén)廠(chǎng)家專(zhuān)業(yè)針對(duì)各類(lèi)減壓閥、球閥、防腐閥門(mén)

當(dāng)前文章標(biāo)簽：力矩,偏心球閥,結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),閥門(mén)球體,不銹鋼球體