高溫球閥的密封特點(diǎn)主要是采用金屬密封副,其優(yōu)點(diǎn)是適用溫度范圍廣,各種金屬的熱膨脹系數(shù)相差不大,只要選用得當(dāng),可以達(dá)到基本一致,有利于協(xié)調(diào)溫差變形。缺點(diǎn)是材料硬度高,達(dá)到密封所必須的比壓高,即使采用預(yù)緊力達(dá)到密封,但因密封比壓大,閥座和球體之間的磨損也很大,而且由于金屬密封面摩擦系數(shù)較大,導(dǎo)致球閥的啟閉力矩較大。因此,高溫球閥大多采用彈性密封副,其性能可靠,彈性補(bǔ)償能力強(qiáng),適用溫度范圍廣,并對浮動(dòng)球球閥和固定球球閥都適用。

 

    高溫球閥在預(yù)緊力和流體壓力的作用下,閥座與球體壓緊,使閥座密封面產(chǎn)生變形而達(dá)到密封。其密封效果取決于閥座在流體壓力和預(yù)緊力的作用下,能夠補(bǔ)償球體不圓度和微觀不平度的程度。因此,閥座與球體之間必須具有足夠大的密封比壓qb,且應(yīng)滿足qb<q<〔q〕式中qb———保證閥門密封的必須比壓,MPaq———閥門工作時(shí)的實(shí)際比壓,MPa〔q〕———閥座材料的許用比壓,MPa

 

二、高溫高壓硬密封球閥結(jié)構(gòu)分析

 

(1)浮動(dòng)球球閥密封結(jié)構(gòu)

 

    對稱閥座硬密封高溫球閥由閥體、球體、閥桿、金屬閥座及閥座與閥體間的柔性石墨密封圈組成。兩個(gè)閥座以閥桿軸心為對稱中心嵌入閥體,閥座可在閥體嵌入槽中滑動(dòng),閥座與閥體之間的密封靠柔性石墨密封圈來實(shí)現(xiàn)。由于柔性石墨密封圈可壓縮變形,該結(jié)構(gòu)球閥在一定溫度范圍內(nèi)使用不會(huì)因球體受熱膨脹卡住不能動(dòng)作,此結(jié)構(gòu)硬密封球閥可用于溫度不超過343℃的工況。

 

    金屬彈性圈高溫球閥用金屬彈性圈作閥座密封圈,用來補(bǔ)償溫差、壓力和磨損等外界條件變化對球閥密封性能影響。該閥由閥體、球體、閥桿、金屬閥座、閥座與閥體間的柔性石墨密封圈、金屬彈性圈、金屬彈性圈壓環(huán)及密封墊組成。兩個(gè)閥座一個(gè)為可在閥體嵌入槽中滑動(dòng)的金屬閥座,另一個(gè)為可變形的金屬彈性圈閥座。該結(jié)構(gòu)球閥在球體受熱膨脹時(shí)金屬彈性圈閥座可變形,使球體不致卡住不能動(dòng)作。

 

    碟形彈簧加載高溫球閥使用碟形彈簧加載密封副結(jié)構(gòu)。該閥由閥體、球體、閥桿、閥后閥座、閥后閥座密封圈、閥前閥座、閥前閥座密封圈、壓環(huán)及碟形彈簧等組成。閥前閥座、閥前閥座密封圈、壓環(huán)為一組件,碟形彈簧壓在組件上。球閥裝配后碟形彈簧受壓,它一方面為閥門密封提供初始力,另一方面壓縮閥座和閥體間的密封圈,使閥座和閥體間密封。該結(jié)構(gòu)球閥兩個(gè)閥座以閥桿軸心為對稱中心嵌入閥體,閥座可在閥體嵌入槽中滑動(dòng),在球體受熱膨脹時(shí)閥座組件滑動(dòng),碟形彈簧受壓變形,避免球體卡住不能動(dòng)作。

 

    某國外閥門企業(yè)推出的一種硬密封高溫球閥,該閥由閥體、球體、閥桿、閥前閥座、碟形彈簧、閥后閥座、閥后閥座與閥體間的柔性石墨密封圈等組成。球閥閥后閥座通過螺紋直接旋入閥體并壓縮柔性石墨密封圈,使閥后閥座和閥體間密封不再依靠碟形彈簧壓縮柔性石墨密封圈來保證閥座和閥體間的密封。球閥閥前閥座徑向與閥體間有間隙,在球體受熱膨脹時(shí)閥前閥座可在閥體槽中自由滑動(dòng),壓縮碟形彈簧變形,使球體避免卡住不能動(dòng)作。

 

(2)固定球球閥

 

   固定球式高溫球閥常用在某些高參數(shù)工況下。該閥主要由閥體、球體、閥座、上閥桿、下閥桿、螺旋彈簧、壓板、閥座與閥體間密封圈組成。球體由上、下閥桿支撐定位,在介質(zhì)壓力作用時(shí),球體無閥體軸線方向的位移。兩閥座可在閥體槽中滑動(dòng),當(dāng)球體受熱膨脹時(shí)球體推動(dòng)閥座在閥體槽中滑動(dòng)并壓縮彈簧變形,使球體不致卡死不能動(dòng)作。應(yīng)用中螺旋彈簧可用碟形彈簧取代,亦可將閥桿與球體制作成一體式結(jié)構(gòu)形式。

 

   波紋管硬密封高溫球閥用于某些特殊工況。該閥由閥體、波紋管、碟形彈簧、閥座、球體、上閥桿、下轉(zhuǎn)軸等組成。波紋管一端焊在閥座上,另一端焊在閥體上,閥座與閥體間的密封靠波紋管實(shí)現(xiàn)。該結(jié)構(gòu)球閥的初始密封力由碟簧和波紋管的變形共同提供。在高溫狀態(tài)下膨脹的球體推動(dòng)閥座向兩邊移動(dòng),壓縮碟簧和波紋管,其優(yōu)點(diǎn)是密封性能可靠,彈性補(bǔ)償范圍大,并且在三維空間動(dòng)作靈活。

 

   高溫高壓硬密封球閥的密封結(jié)構(gòu)是影響其密封性能的重要因素,在溫度和壓力作用下,閥座和球體之間的相互作用力發(fā)生變化時(shí),采用合適的密封結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)尺寸補(bǔ)償所產(chǎn)生的變化,是保障其密封性能的重要的措施之一。在新工藝不斷得到應(yīng)用的基礎(chǔ)上,國內(nèi)外高溫硬密封球閥的密封結(jié)構(gòu)仍在不斷發(fā)展中。