双偏心金属密封球阀的设计

　　介绍了双偏心金属密封球阀的结构、工作原理，性能特点，论述了偏心球体的设计方法。

1、概述

　　球阀以结构紧凑，流通面积大，直通式，中间无阻碍，流阻小和启闭迅速等优点，广泛应用于管路系统，是目前工业上常用的阀门之一，但普通球阀的非金属阀座材料使工作温度受到了限制，一般不超过150℃。另外，球阀启闭转动扭矩大，操作沉重，密封副磨损较快，不能自动补偿，容易造成泄漏，降低了使用寿命。新型双偏心金属密封球阀很好地解决了普通球阀存在的问题。

2、双偏心金属密封球阀的工作原理

　　双偏心金属密封球阀( 图1) 由阀体、阀座、阀杆、支轴、双偏心球体和连接法兰等零部件组成。球体的几何形状为对称双偏心( 偏心距e = e ) 球面。球体与其相对应的阀座形成楔型结构。阀门开启时球体逆时针旋转，球体密封面与阀座脱离，互相不接触，减少了摩擦。阀门关闭时，球体顺时针旋转，应用圆偏心楔紧原理，每个球面都与其相对应的阀座形成楔紧状态，达到楔紧所需要的密封比压。

　　若一个密封面是液体迎着球面的密封副工作，另一个密封副则成为顺流正向的工作密封副。由于作用在球体密封面上的压力方向不同，密封正压力总值也不同。逆向流体作用在阀座上的力是密封预紧力与承载压力的值方向相反。顺向流体作用在阀座上时，密封预紧力与承载压力的值方向一致。流体压力越大，承载密封能力越大。双向偏心金属密封球阀的最大特点是既可逆向承载密封压力，又能顺向承载密封压力。当逆向的密封压力失效时，顺流方向的承载力发挥作用，其承载能力可增加30%～60%，承载能力使阀体组件保证可靠的工作状态。

图1 双偏心金属密封球阀

3、偏心球体设计

　　(1) 球体自锁

　　斜面机构的自锁条件是斜面螺旋升角α 小于偏心体与底面、偏心轴与孔壁间的摩擦角φ1与φ2之和( 图2) ，即

图2 自锁原理

　　(2) 自锁平衡力矩

　　为使阀门在使用过程中实现自锁，不会自行松动，需要满足

　　令摩擦系数μ1 = 0.1，且忽略偏心圆盘轴与孔壁间的摩擦力矩，取μ2 = 0，式(2) 简化为e≤D/20。实际应用中，考虑到系统中各部位的摩擦及阀座环口的非平面因素，取μ1 = 0.15，则e≤D/14。

4、性能

　　(1) 阀门开启过程中，球体能够迅速脱离阀座，实现球体与阀座在无接触情况下回转，开启迅速、省力、操作扭矩小，摩擦力小，减少了密封副的磨损，使用寿命长。

　　(2) 密封副经过热处理，表面硬度高，耐磨、耐高温、抗冲蚀。

　　(3) 楔紧工作副能够刮掉密封面上的沉淀物和结垢，并能排除流体中的异物。

　　(4) 阀门安装时无方向限制，密封性能好，安全可靠，磨损后有自动补偿功能。

5、结语

　　双偏心金属密封球阀结构简单，启闭无摩擦，密封性能好，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为可广泛应用在金属密封要求严格的工况中，实现零泄漏。当用于高温、高压的热力管网系统和石油、天然气、管网系统中效果显著，是一种比较理想的高性能球阀。