压力自密封半球阀

    一、前言

    双偏心半球阀具有关闭轻巧，密封性能好，能切除阀面结垢物的障碍，耐磨损、耐高温、使用寿命长等优点，广泛适用于石化装置、冶金、化工及灰渣输送等部门。目前的结构是阀座与阀体采用螺栓固定连接，调整范围小，只适用于中小口径、中低压力工况，口径大于DN350、压力较高时，不能保证正向有效密封，使用受限。经过对密封结构的改进，提高了阀门输送两相流介质的能力，适应了工况要求。

    二、过程分析

    传统的偏心半球阀主要零件为阀体、阀座、阀芯、阀座调整垫片以及阀轴等，装配如图1所示。阀门的操作力主要有螺栓的预紧力和密封副的密封力，采用强制密封原理，强制密封结构如图2所示。

1.调整螺钉2.调整垫片3.阀座4.阀体5.阀芯

6.连接盘7.填料压盖8.填料9.阀轴

图1 传统偏心半球阀装配图

1.调整螺钉2.调整垫片3.阀座4.阀体5.阀芯

图2 强制密封结构

    阀体和阀座的连接方式为螺栓固定连接，通过调整垫片的微量弹性变形以及螺栓的压紧力来实现阀座和阀芯密封副的强制密封，调整垫片材质为不锈钢丝夹柔性石墨，可调范围小，介质对阀座的影响力又很小。而且采用螺栓压紧力来满足预紧力需要，螺栓拧紧后，压紧力基本是固定的，当介质压力增大时，密封比压增大，预紧力相应增大，原来的压紧力在一定程度上很难满足预紧力的需求。同时螺栓一直处于最大受力阶段，加快螺栓的疲劳破坏，加速螺栓的失效。另外，当加工有偏差时，仅仅通过调整垫片有时很难奏效，为了保证一次试压成功，经常需要对阀座零件进行二次上车床加工，效率降低，成本增加很多。同时原来的整体阀座结构，在阀座钻孔工序这个环节也有缺陷，经常要密封面朝下，这样精加工后的密封面多少会磨损，密封面堆焊材料硬度较大，磨损后的微小裂纹大大影响密封性能。基于这些原因，当口径和压力等级达到一定级别时，正向很难实现成功保压，一般从出口方向施压，才能保证密封，即反向保压成功，难以实现双向密封。

    三、改进措施

    改进后的双偏心半球阀采用压力自密封原理来保证密封的有效性，压力自密封结构如图3所示。阀门的操作力主要有螺栓的预紧力、密封副的密封力以及介质的作用力。

    阀座和阀体采用分体式，由阀座和压盖组成，O形圈实现密封，通过螺栓的压紧力来满足初始预紧力。当介质通过时，利用阀座特有的环形面将介质作用力转移到阀座上，实现压力自密封的密封原理，根据使用工况不同，即介质压力不同，提供的作用力也不同，从而保证不同介质压力下的密封力，更有效地满足各种工况的要求。同时根据压力不同，阀座的分体浮动调节结构可以自身调整，便于装配调试，工艺简化。

1.螺钉2.压盖3.O形圈4.阀座5.阀体6.阀芯

图3 压力自密封结构

    当阀门关闭时，所需的操作力最大，作用力主要有螺栓的初始预紧力和介质作用在阀座上的力。介质所产生的作用力根据现场工况的介质工作压力而不同，当工作压力偏小时，密封面处所需的最小预紧力也偏小，介质提供的作用力也相应偏小；反之，当工作压力偏大时，密封面处的最小预紧力和介质作用力也同步增大，从而不受介质工作压力的限制，均能有效保证密封。当阀门开启时，流道打开，介质作用在阀座上的作用力随之减小。同时，分体阀座的浮动结构，使阀座与阀芯的密封面瞬时脱离，减小摩擦，避免密封面的擦伤，延长使用寿命。同时在加工中最大程度地保护密封面，避免磕碰，而且便于安装调试。

    O形圈的特有材质，对腐蚀性介质有相当大的阻碍作用，而且耐一定温度，密封性能更好。另外考虑到装配时密封副受加工工艺的影响，很难对正，需要经常调整，将O形圈安装在阀座的凸台位置，一端靠阀体台阶限制，这样调整间隙大，方便对正，同时减小摩擦力，使操作力矩减小。

    新结构半球阀在多次批量生产中已经呈现很大优势，工艺简单、方便，成本降低，使用寿命提高，产品维修率降低，得到用户的一致认可，大大拓展了使用范围。

    四、结语

    压力自密封半球阀在设计过程中，除对阀座的结构设计作为重点外，还要注意各项压力参数的计算及特殊零部件材质的选用。只有不断改进双偏心半球阀的结构设计，才能适应不同工作环境多种流体介质的要求，让阀门的优势得以最大程度地展现。