浮动球球阀和固定球球阀的密封原理

    浮动式球阀的启闭件是一个球体,中间有一个与管道通径相等的通孔,进口端和出口端各置一个用PTFE制造的密封座,并被包容在一个金属的阀体内,当球体内的通孔与管线通道重合时,阀门处于开启状态;当球体内的通孔与管线通道垂直时,阀门处于关闭状态。阀门从开启至关闭,或者从关闭至开启球体回转90°角行程。(图1-1)

球阀密封原理
图1-1 球阀密封原理

    当阀门处于关闭位置时,进口端的介质力作用在球体上,会使球体的几何中心产生一个微小的位移,与出口端阀座紧密接触,增加密封带上的接触应力,从而获得可靠的密封;而进口端阀座与球体相接触的预紧力将减小,影响进口密封座的密封性能。这种球阀结构,就是在工作状态下,球体几何中心胡微小位移的球阀,称之为浮动球球阀如图1-2。浮动式球阀实际上只有出口端密封座发挥密封作用,而进口端密封座与球体间保持一很小的浮动间隙。

浮动球球阀
图1-2 浮动球球阀

    当球阀处于关闭位置时,进口端的介质压力作用在球体上,产生一个推动球体的力,使球体紧压出口端的密封座,在密封座的锥面上产生的一个接触应力,形成一个接触带,接触带单位面积上的作用力称为阀门密封的工作比压,当这一比压大于密封所必需的比压时,阀门就获得了有效的密封。这种不是靠外力的密封方式,由介质压力密封的,称为介质自密封。
    球阀的密封原理是作用在密封座上的力,由介质的压力产生的。这一作用力是稳定的,是可以控制的。
    固定球球阀(图1-3)的启闭件是一个带两个支承轴的球体,中间有一个与管道通径相等通道,两侧有两个浮动的阀座,球体回转时不偏离球体上支承轴的轴线,支承轴由上下两滑动轴承支撑,阀座是浮动的,在介质力作用下,推向球体产生一个接触应力,以获得可靠的密封。同浮动球球阀一样,阀门从开启至关闭,或者从关闭至开启回转90°角行程。

固定球球阀
图1-3 固定球球阀

    固定球球阀阀体由主阀体,左、右两个副阀体组成,球体是一个上端有轴颈,下端有一轴孔的球体,阀体上部有一个填料箱,与球体轴颈相接处有一个滑 动轴承,球体下端有一个轴孔,装有滑动轴轴承套,阀体底部有一个轴承插入球体下端的轴孔内。这样球体被保持在回转中线上,转动时不会产生偏移。球体两侧对称地有两个浮动的阀座组件,这一阀座组件由金属座圈,镶嵌在座圈内PTFE密封环,外缘上的像胶O形圈和背面螺旋弹簧等组成。当阀门关闭时,介质力作用在密封座的组件上,使阀座与球体接触,产生的接触应力,获得有效的密封。阀杆与填料箱体由O形橡胶圈密封。
    固定球阀主要使用于高压大口径的球阀中,同样是介质自密封的原理,但固定球球阀的介质力是作用在阀座的环形面积上,比浮动球球阀的介质力作用在整个通道截面要小得多。操作力矩也比浮动球球阀小,但固定球球阀的结构比浮动球球阀复杂得多,重量大,价格也比同规格浮动球球阀贵。固定球球阀可以设计成全通径、标准通径和缩径,具有较大的流通能力和较低的流阻系数。