按等边三角截面法结构的球阀座和球阀制造技术

任何球阀的关闭密封都有不可避免的球的偏心转动干扰，任何球阀座都是一个干扰脉冲放大器并拥有一个固有的抗干扰系数ｍ。按本发明专利技术的等边三角截面法结构球阀座，可确保其有能力抵抗球的偏心转动干扰，使球阀靠球或座的浮动实现关闭密封，使球的极限转动阻力仅涉及单座与球间的极限介质浮动压力。现有技术阀座不能确保球对座或座对球有足够抗干扰的浮动压力，使球阀只能靠更大的座对球的安装夹持力或更大的弹簧对座及球的预压力实现关闭密封，因而球的极限转动阻力同时源自更大的双座与球的极限机械压力。所以，本发明专利技术的球阀是真正球浮动或座浮动的球阀，其操作转动力矩比现有技术的形式浮动的球阀的力矩至少分别小一半。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属流体动力传递与介质输送工程领域，涉及用作流体开关与控制的球阀及其阀座。技术背景球阀，是一个中央有个通孔的球作开关的阀门，现时有浮动球阀和轴耳固定球阀两种。 开关球，经阀座密封对接在阀体中转动，转动到通孔与通道口对准时为全通，转动到通孔与通道口成90°时为全闭。浮动球阀的开关球，通过槽与操作阀杆相连，在介质压力作用下， 可相对阀杆或阀体浮动在下游阀座上实现关闭密封；轴耳固定球闽的开关球，通过包括阀杆 作轴的轴耳固定在阀体上，在介质压力作用下，不可相对阀体浮动，只能通过上游阀座的浮 动实现关闭密封；因此，浮动球闽的阀座可叫固定阀座，轴耳固定球阀的阀座可叫浮动阀座。 球阀座的任务是完成开关球与闽体的斜角对接和密封，因此，球阀座至少有也可只有三 个互成角度的表面 一个对开关球的密封面、 一个对阀体的密封面和一个求阀体的力平衡文 承面。如果只有这三个表面，则意味着球阀座是无表面裸露的或封闭起来受压的以三角形为 截面的。等边三角截面球阀座，其三面相等受力和不等受力面积(因回转半径差异)正好理想地满 足各面不等应力的需要应力稍大的球密封面正好满足其对球的动密封，应力稍小的体密封 面正好满足其对体的静密封，应力再稍小的支承面正好满足其在支承环上的滑动；再者，只 有等边三角截面才能避免阀座出现小于60。的弱尖角；因此，如果球阀座以三角形为截面， 则应以等边三角形为截面。高分子聚合物，如聚四氟乙烯(PTFE),是最常用的阀座材料，是典型的粘弹体，既有粘 稠液体的粘性(其应变滞后应力变化)又有固体的弹性(其应变随应力成比例变化)。阀座材料的 粘性，决定非密闭压縮状态下的阀座必然发生爬行变形(密封应力松弛)或慢慢地发生缝隙挤 出流动变形，引起密封失效。因此，如果将阀座材料视着有最高粘稠度的液体，则将阀座封 闭起来压缩，就象将液压油密闭在油缸中压缩一样，只要泄漏缝隙足够小，既难于发生压缩 变形又难于发生缝隙挤出流动变形或被挤"破"，还无爬行余地，乃至其实际承载能力远髙于 其材料的许用承载能力。一般来说，用作阀座的高分子聚合物，如聚四氟乙烯(PTFE),有着钢的10余倍的热胀冷 縮温度系数。因此，阀座的用料越多或尺寸越大，阀座相对阀体的热胀冷缩变化越大，越易 引起密封失效。也就是说，取球阀座的截面为等边三角形，可最大限度地减少阀座的用料或 尺寸，进而可最大限度地降低温度变化对阀门可靠性的影响。但是，迄今为止，人们既没有考虑釆用等边三角截面的阀座，也没有考虑以等边三角形 为截面要素地设计或决定阀座尺寸，更没有考虑将阀座尽可能地置于封闭腔中压缩。普通球阀座有两处封闭不起来或有两处棵露于传输介质中， 一处是裸露于介质通道中的 通道棵露面——该裸露面直接接受通道中的介质压缩，另一处是裸露于阀体和球间空腔的中 腔裸露面——该棵露面直接接受阀体中腔中的介质压缩。为避免通道裸露面上的介质压力将处在快打开瞬间的上游阀座局部挤入开关球的通孔口 中，US6948699专利提出，在阀座的安装孔壁增加止口或O形止环，以把阀座锁在其安装孔 内。为降低球阀座材料于中腔裸露面处的挤出流动变形，US3721425、 US4410165和 US6969047专利提出，在阀座的中腔裸露面上增加挤出阻尼挡环。US2930576和US4385747专利证明，现有技术普遍在阀座外圆柱表面上开几条轴向通 气槽，使一旦进入上游阀座端密封面的介质能沿柱面槽通阀体中腔，使端密封面与中腔词压， 以解除浮动球阀通过上游阀座端密封面地对球和下游阀座附加压力而增加下游阀座的载荷和阀门操作力矩；但是，当球阀开至快打开而未打开时，阀座的水平部位正好面对球的中央通孔口而局部失去球的表面支承，如果此时有介质沿上游阀座端密封面和柱面槽流通，则势必将阀座局部冲入球口而致阀座损坏；为此，现有技术不得不增加阀座截面的尺寸或阀座的外 径和厚度以增加阀座强度，结果导致现有技术更多的阀座表面裸露。总之，现有技术一直没有意识到，阀座的裸露面对浮动球阀的开关球的自动浮动有影响， 而一直以为，浮动球阀的开关球是无条件地随介质压力增加而自动浮向下游阀座地加强开关 密封的。对于浮动球阀，如图5所示，As是球的介质作用面积(直径Ds对应的圆面积)，p是介质 压强，Ws-Asp是球的浮动密封力(介质对球的推力)，W2是座对球的安装夹持力；可想而知， 当Ws^A/2时，下游阀座与开关球间的作用力是W2(此时的Ws至多是全部取代上游闽座对球 的安装夹持力W2，并不增加开关球与下游阀座间的作用力)，当W》W2时，下游阀座与开关 球间的作用力是Ws而不是W2(此时的W2已被Ws全部取代)。也就是说，对于浮动球阀，开 关球与阀座间的密封作用力不是W2就是Ws,或者说，浮动球阀的开关密封不是靠阀座对球 的安装夹持力W2就是靠开关球的浮动密封力Ws实现，不可能靠二者同时起作用。但无论哪个起作用，根据美国《ASME锅炉与压力容器法规VIII卷1册附录2》的基本理念，二者都 必须是m倍座的介质去密封力(介质对座的推力)，即W2和Ws都必须等于m(Ae+Ac)p,浮动球阀才能实现可靠密封，其中Ae-座的中腔裸露面积，A^座的球覆盖面积，Ae+Ac-Au座的介质作用面积，m(座的密封维持系数)-密封作用力/去密封作用力。可以说，浮动球阀的开 关球的浮动密封工作是有条件的。如果按自密封考虑浮动球阀的开关密封，则按美国《ASME锅炉与压力容器法规VIII巻 l册附录2》的自密封理念，需要阀座的密封维持系数m=2 0，即只要W22H=AeP (参见图5),其中W2-座对球的安装夹持力H-座的中腔裸露面上介质作用力AePAcp-座的球覆盖面上介质作用力Ae-座的中腔裸露面积Ac-座的球覆盖面积(包括接触面积和非接触面积Aep) 卩=介质压强也就是说，只要阀座对球的安装夹持力W2不小于闽座中腔裸露面上的介质作用力AeP，浮动 球阀就能靠球的浮动密封力而始终维持开关密封。但是，实际上，当W2^AeP时，浮动球阀却不一定能靠球的浮动维持开关密封。例如， 如图5所示，当Ws(介质对球的推力)-W2(座对球的安装夹持力)时，有W2(=Ws=Asp) AeP—— 因为无论如何设计都有As(球的介质作用面积)》Ae(座的中腔裸露面积)，已满足W尸AsP"AeP;然而，此时刚好完全脱离上游阀座夹持的开关球，在受到不可避免和无力克服的偏心转动干扰时，将再失去同下游阀座的关闭密封当脱离同上游阀座亲密接触的开关球遇到偏心转动 干扰时，转动干扰力可部分或全部抵消球的浮动密封力Ws而致使开关球疏远下游阔座，使工 作介质越来越不断浸入下游阀座的球覆盖环Ac而输出一干扰作用力AcP地推开关球离开下游阀座；此时在中腔裸露环Ae上的作用力AeP越大，越能阻止被Ws替代的阀座对球的安装夹持力W2的复活，越有利干扰作用力Acp瞬间将开关球再剥离下游阀座；当开关球一旦同时脱 离同上下游阀座的亲密接触，无论介质压强p多高，介质在开关球上的作用力都是平衡的， 乃至开关球只能在座间漂浮，再也无力恢复同座的亲密接触，甚至压强p越高，介质对座的推力(Ae+Ac)p越大，越有利为开关球提供更充足的座间漂浮空间。也就是说，浮动球阀，按开关自密封考虑(保证其阀座对球的安装夹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以等边三角形为截面要素的浮动球阀用固定阀座，其特征是阀座截面结构等边三角形ＡＢＣ的边ＡＢ是座的球密封玄，边ＢＣ的投影边或投影延长边回转形成面是座的端密封面，边ＣＡ的投影边回转形成面是座的柱支承面，点Ｃ是座轮廓线交点；所述球密封玄ＡＢ，即阀座截面密封弧所对的玄，与所述球的中央通孔轴线成４５°角，或阀座的球密封面可以预制成与阀座同轴的并与所述球相截的９０°锥面或预制成所述９０°锥面截出来的所述球的弧面；所述球密封玄长和轮廓线交点位置由阀座材料许用强度及需要的阀座抗干扰系数ｍ确定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐长祥，杨茅，陈占基，
申请(专利权)人：浙江华夏阀门有限公司，徐长祥，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]