王星

摘要：球閥在旋轉運動過程中，球體與密封面有較大的摩擦，易形成內漏，對工業(yè)生產(chǎn)造成較大的損失。為解決這一難題，無摩擦球閥應運而生。本文主要介紹了3種結構的無摩擦球閥：軌道式、可伸縮密封面、楔形閥芯無摩擦球閥。

關鍵詞：球閥；內漏；無摩擦；軌道式；可伸縮；楔形

1 概述

球閥由閥體、閥蓋、球體、閥座和閥桿等組成[1]。閥體結構有全焊接、頂裝式、兩段式、三段式等[2]。球閥的密封是通過在球體和閥座之間預先設定的預緊力加上流體壓力在閥座密封面上引起的作用力形成的。球閥在啟閉過程中，預緊力始終作用在密封表面，加大了密封件的磨損，造成球閥內漏。

2 球閥內漏的危害

球閥密封面損壞并內漏后，其主要危害有：

（1）在重要的切斷控制部位，內漏對下游設備、管線等產(chǎn)生壓力影響，危及安全。

（2）導致不同介質產(chǎn)生混雜，輕則降低介質質量、介質報廢，重則產(chǎn)生事故。

（3）維修不但人力、使用成本增加，而且需要停產(chǎn)，影響生產(chǎn)。

3 無摩擦球閥

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，閥門技術的運用也從材料和工藝上的“耐磨損”，向結構、原理技術的 “無磨損”方向進行發(fā)展，從而根本上解決閥門內漏問題。如近年來出現(xiàn)的的軌道式球閥、可伸縮密封面球閥，就是從結構、原理上創(chuàng)新，朝著閥門密封的 “無磨損”方向發(fā)展。這些閥門，都是通過結構技術避免傳統(tǒng)球閥密封在啟閉過程中保持緊密接觸的摩擦狀態(tài)，變成無摩擦運動的密封。在球體900轉動的過程中，將球體和閥座分離，轉動完成后，再將球體和閥座密封面緊密結合。根據(jù)結構形式，主要有以下幾種：

3.1 軌道式無摩擦球閥

軌道式球閥結構主要由閥體、閥蓋、閥桿、球體、閥座、閥桿導軌銷、支架等零部件組成。閥門主要通過閥桿與球體間的聯(lián)合運動來實現(xiàn)啟閉。

（1）閥桿

軌道式球閥的閥桿上部除了螺紋以外還有一條 S 型導軌槽，導軌槽與導軌銷配合來控制閥桿按設定軌跡升降，閥桿下端為前后平行的斜面，它通過與球體頂部兩個銷軸緊密配合，實現(xiàn)軌道式球閥球體的左右擺動及90°回轉運動。閥桿的運動軌跡主要依靠閥桿上的導軌槽與支架上的固定導軌銷來控制，導軌槽上下兩端部為與軸線平行的直線端，中間端 S 形槽為 90°螺旋線。閥桿 S 型導向槽分為 A、B 兩個運動區(qū)間，閥桿底部斜面分為 C、D兩個傳動區(qū)間。

A 段：閥桿上下直線運動區(qū)間；

B 段：閥桿旋轉運動區(qū)間；

C 段：閥桿上下帶動球體靠近或傾離閥座；

D 段：閥桿旋轉帶動球體同步旋轉。

（2）球體

軌道式球閥的球體與普通球閥球體有所不同：

1）它是一種單面密封球體；

2）球體不僅做垂直于通道的 90°回轉運動，還做一定的往復擺動；

3）軌道式球閥與普通球閥的作用相同，當球體密封面與閥座密封面相接觸后建立密封關系。球體頂部還有一個與通道垂直的閥桿撬孔。閥桿撬孔是用于滿足閥桿的上下運動、旋轉以及對球體施加楔緊力的，閥桿在撬孔里做上下運動，與球體頂部左右銷軸形成配合，完成球體的一系列預定動作（旋轉、楔緊或分離），傳遞來自閥桿底部斜面所產(chǎn)生的壓緊、脫開力[3]。

3.2 可伸縮密封面球閥

可伸縮密封面球閥，其球體由兩個球面閥瓣、關閉傳動閘板等構成。球體在閥桿帶動下進行運動，其閥桿一般采用導軌結構。安裝后的球體組件可隨球體進行順逆時針兩個方向的90°旋轉。在球體旋轉帶動球面閥瓣旋轉的過程中，閥瓣與閥座之間都有一定的空隙，因此由閥瓣和閥座構成的密封之間完全沒有摩擦的存在，不會產(chǎn)生密封損傷。

當閥門在完全開啟的狀態(tài)下，閥瓣與閥座的基準線在同一平面上相互垂直，此時通過操作，球體帶動閥瓣在閥內進行90°轉動，在到達閥瓣與閥座的基準線完全重疊時，球體及閥瓣即處于閥門的預備關閉狀態(tài)，閥芯旋轉停止并轉變成閘板的下壓運動，閥瓣在閘板作用下從球體伸出沿基準線向閥座做直線運動，并最終與閥座緊密擠壓接觸，實現(xiàn)閥門的完全關閉；當閥門在完全關閉的狀態(tài)下，閘板首先向上運動，閥瓣在閘板的帶動下，呈直線運動狀態(tài)與閥座分離向球體內部收縮，收縮停止后閥門處于預備開啟狀態(tài)，此時球體帶動閥瓣的90°旋轉運動后停止，實現(xiàn)閥門的全開啟。

3.3 楔形閥芯球閥

楔形球閥是采用楔形閥芯連接密封閥瓣主閥結構的球閥。開關動作時，按照類似DBB閥門動作行程，閥芯先提升，再旋轉90°，然后向下運動實現(xiàn)內密封的動作過程，實現(xiàn)閥門的無摩擦啟閉。通過結構設計，使閥門在全開位置時，亦能有效地將介質與閥體內腔截斷，防止介質中雜質顆粒進入閥體內腔，損傷閥體密封面，閥門具有良好的抗污能力。

閥體內腔為球形，閥芯為倒楔形結構，密封閥瓣為球形結構，分別有一對開位閥瓣和一對關位閥瓣，開位閥瓣中間設計有流道內腔，與閥體的流道相匹配。閥芯的四周通過軌道結構分別連接有一對開位閥瓣和一對關位閥瓣，分別實現(xiàn)閥門打開、關閉時的密封功能。閥門處于全關時，通過操作器使閥芯提升，將關位閥瓣縮回，使關位閥瓣脫離閥體，在密封件與閥體無接觸的情況下順時針轉動90?，使閥芯流道以及開位閥瓣與閥體的出入口流道左右對齊；然后操作器再使閥芯向下運動，楔形閥芯向外推動開位閥瓣使之與閥體貼合，密封件密封，且閥芯流道與開位閥瓣流道完全對齊，閥門完全打開，此時介質中雜質顆粒不能進入閥體內腔。閥門處于全開時，驅動機構反轉，閥芯先向上提升運動，逆時針轉動90?，直到關位閥瓣位置對準出入口，閥芯向下運動，徑向擠壓關位閥瓣使之與閥體密封面貼合，密封件密封，從而切斷上游和下游，實現(xiàn)雙向密封。

3.4 三種球閥比較

三種閥門都能實現(xiàn)無摩擦開關，極大地增加密封面的壽命，下面對三種閥門的相關特性進行了比較：

4 結語

無摩擦球閥以操作力矩小、無磨損、可在線拆卸維修和能耗低等特點，應用前景巨大。目前，各種新型的無摩擦球閥也日益出現(xiàn)，如模塊化設計、氣體驅動、彈性球體等新理念也應用到無摩擦球閥的設計中。隨著傳動機構設計和使用的日趨成熟，無摩擦球閥必將替代傳統(tǒng)球閥，從而徹底解決內漏這一難題。

參考文獻

[1]章華友，陳元芳. 球閥設計與選用. 北京：北京科學技術出版社，1994.

[2]朱喜平. 天然氣管道球閥的維護及故障排除技術. 天然氣工業(yè)，2005 25（7）：102-104.

[3]馬祖達，武建斌. 軌道球閥的特性與設計[J]. 沈陽：閥門，1999，2～3.

（作者單位：中國石化銷售有限公司華南分公司）