1、书书书文章编号 : 1002-5855( 2012) 05-0001-03作者简介 : 梁连金 ( 1982 ) ， 男 ， 工程师 ， 从事阀门的设计和研究工作 。强制密封球阀阀杆导向结构的优化设计梁连金 ， 何伟华( 上海开维喜阀门集团 ， 上海 201416)摘要 介绍了强制密封球阀的性能和使用工况，分析了2 种强制密封球阀阀杆导向结构存在的缺陷，提出了阀杆导向结构优化设计及采用黄铜套减磨降低开关力矩的方法，解决了阀杆易产生应力集中、易磨损、易断裂和难加工等问题。关键词 强制密封 ; 球阀 ; 阀杆 ; 导向结构 ; 优化 ; 设计中图分类号 : TH134 文献标识码 : AForce
2、d seal ball valve stem-guided structure optimization designLIANG Lian-jin， HE Wei-hua( SHK Valve Group Co ， Ltd， Shanghai， 201416， China)Abstract: This thesis introduces the performance of the forced seal ball and its service condition， analy-zes the deficiencies that exists in the two guided struct
3、ures of the forced seal ball valve stem， and putforwards the optimized design of the stem guided structure and the method to lower the torque with re-ducing wear by brass bush， and solves the problems like easy to stress concentration， easy to wear andbreak and difficult to machineKey words: forced
4、seal; ball valve; stem; guide structures; optimization; design1 概述强制密封球阀广泛应用于天然气和城市燃气的计量装置 、泵或压缩机入口和出口及旁通 、分子筛干燥器系统 、低温甲醇洗装置 80 280交变温度频繁切断 、乙二醇脱水装置切断和煤化工装置液固两相流介质切断等 。2 结构特性强制密封球阀综合了球阀 、闸阀和旋塞阀的优点 ， 具有密封性好 ， 开关无磨损 ， 耐冲蚀 ， 可在线维护的特性 。( 1) 强制密封 提升式阀杆下端的斜面提供了一个机械的楔紧力 ， 以保证持续的紧密密封 。( 2) 开关无磨损 阀门开关过程中 ， 球
5、体偏离阀座后再转动 ， 消除了阀座的摩擦 ， 解决了普通球阀 、闸阀和旋塞阀的阀座磨损问题 。( 3) 抗冲刷 提升式阀杆实现了球体脱离阀座后再转动 ， 球体和阀座在没有接触的情况下完成开关动作 。阀门在微开启和即将关闭时 ， 流体是沿密封面在 360范围内立即流动的 ， 流体开始流动时可以把阀座上存在的杂质冲洗干净 。避免了普通球阀在微开启和即将关闭的瞬间产生的高速流体对阀座局部冲刷 ， 即使是高压差的苛刻工况 ， 仍能确保长期的零泄漏和紧密密封 ， 提高了强制密封球阀的使用寿命 。( 4) 无卡塞 单阀座设计避免了阀门内腔压力升高和容易卡塞的问题 。( 5) 密封性能好 球体和阀座密封面经
6、特殊硬化处理 ， 能够在不损坏密封完整性的情况下满足非常苛刻工况的密封要求 。( 6) 易维护 阀门采用上装式结构 ， 在系统泄压后 ， 可在线检查和维修 ， 使维护简单化 。3 阀杆导向结构强制密封球阀阀杆导向结构主要有导向槽式和螺旋杆式 2 种 。12012 年第 5 期 阀 门( 1) 导向槽式导向槽式阀杆导向结构主要通过阀杆上部的导向槽与安装在支架上的导向销控制 。开启阀门时 ，阀杆首先提升使球体与阀座脱离接触 ， 阀杆继续上升 ， 并与阀杆导向槽内导向销相互作用 ， 驱动球体无摩擦转动至开启位置 。关闭阀门时 ， 阀杆带动球体在不接触阀座的情况下转动 ， 然后阀杆继续下降 ， 阀杆下
7、端的平行楔形面与滚柱配合 ， 产生楔紧力 ， 带动球体压紧阀座 ， 实现阀门密封 。导向槽式阀杆导向结构的阀杆有整体式 ( 图 1) 和分体式 ( 图 2) 2 种 。分体式阀杆采用销钉连接 。图 1 整体阀杆图 2 分体式阀杆导向槽式阀杆导向结构存在 3 个缺陷 。阀杆上部加工两条对称的螺旋槽 ， 削弱了阀杆的强度和产生应力集中 ， 容易造成阀杆弯曲 。导向销与阀杆上部的螺旋槽直接配合 ， 无减磨措施 ， 容易磨损 ，摩擦力大 ， 严重时无法开关强制密封球阀 。分体式阀杆的连接销钉 ， 如设计或材料选择不当 ， 容易造成销钉断裂 。( 2) 螺旋杆式螺旋杆式阀杆导向结构底部为螺旋型 ， 阀杆
8、上端的轨道槽为直线型 ( 图 3) 。螺旋杆式阀杆导向结构存在 2 个缺陷 。阀杆底部螺旋面与球体为不连续的线接触 ， 驱动强度较低 ， 且球体的导向销容易磨损 。阀杆底部螺旋面加工困难 ， 普通数控机床难以保证 ， 需手工打磨修整 。图 3 螺旋槽式阀杆导向结构4 优化设计经过分析强制密封球阀阀杆导向结构存在的缺陷 ， 对其结构进行了优化设计 ( 图 4) 。改进后 ， 阀杆导向销穿过阀杆后两端外圆安装黄铜套 ， 两端黄铜套用轴性挡圈固定 ， 防止轴向窜动 。逆时针转动执行机构 ， 使阀杆上升 ， 此时黄铜套与支架前后对称的螺旋槽的直行程段配合 ， 限制阀杆只作上升运动 ， 阀杆下端的平行楔
9、形面与滚柱配合 ， 使球体先向左偏移一角度 ， 球体与阀座脱离 。阀杆继续上升 ， 黄铜套与支架前后对称的螺旋槽旋转段配合 ， 限制阀杆作90旋转 ， 阀杆下端的平行楔形面与滚柱配合 ， 带动球体作 90无摩擦旋转 ， 阀门开启 。相反 ， 顺时针转动执行机构 ， 使阀杆下降 ， 此时黄铜套与支架前后对2 阀 门 2012 年第 5 期1. 阀体 2. 球体 3. 阀座 4. 滚柱 5. 阀杆5A. 阀杆平行的楔形面 6. 阀盖 7. 支架7A. 支架前后对称的螺旋槽 8. 导向销9. 执行机构 10. 黄铜套 11. 轴性挡圈图 4 强制密封球阀阀杆导向结构优化设计称的螺旋槽旋转段配合 ，
10、限制阀杆作 90旋转 ， 阀杆下端平行的楔形面与滚柱配合 ， 带动球体作 90无摩擦旋转 。此时球体密封面正对阀座密封面 ， 阀杆继续下降 ， 黄铜套与支架前后对称的螺旋槽直行程段限制阀杆只作下降运动 ， 阀杆下端的平行楔形面与滚柱配合 ， 产生楔紧力 ， 带动球体压紧阀座 ， 阀门关闭 。阀杆可继续下降 ， 能对球体和阀座密封面继续施加强制密封力 。5 结语改进后的强制密封球阀阀杆导向结构由于不直接在阀杆上加工螺旋槽 ， 使阀杆强度高 ， 不容易产生应力集中和弯曲现象 。支架上的螺旋槽与黄铜套配合实现阀杆上升 ( 或下降 ) 和 90旋转 。黄铜套具有自润滑作用 ， 属于减磨零件 ， 有效降
11、低了开关力矩 。阀杆和支架加工简单 ， 提高了生产效率 。参 考 文 献1 杨源泉 阀门设计手册 M 北京 : 机械工业出版社 ， 19922 陆培文 实用阀门设计手册 M 北京 : 机械工业出版社 ，2002(收稿日期:2012. 05. 04)书讯1.新编英汉阀门技术词汇 本书由机械工业出版社 2009 年 2 月出版发行 ， 尹玉杰主编 。本书是根据我国机械工业和阀门行业科技创新及阀门产品研发的需要 ， 从国内已出版的书籍 、国外科技文献和国外阀门标准等资料中广泛收集了大量的与阀门相关的专业词汇 3 万余条汇编而成 ， 其特点是词汇量大 ， 内容充实 ， 译词准确 ， 可供从事阀门行业和
12、相关专业的科技人员使用 。书号 ISBN 978 111 25402 7， 定价 29. 00元 /册 。2.阀门手册 ( 第二版 ) 本书由中国石化出版社 2005 年出版发行 ， 美 Philip L. Skousen 著 ， 孙家孔译 。本书全面系统地介绍了阀门的基础知识 、阀门种类和阀门应用等方面内容 。具体内容包括 : 阀门介绍 、阀门选用准则 、手动阀门 、控制阀 、手动控制器和执行机构 、灵活阀门及定位器 、确定阀门尺寸 、确定执行机构尺寸和常见阀门问题等 。本书可作为阀门使用维修人员以及设备管理和工程技术人员的工具书 ， 也可作为阀门设计人员和从事压力容器 、管道设计人员的参考
13、书 。书号 ISBN 7 80164 896 X， 定价 55. 00元 /册 。3阀门制造工艺 本书由化学工业出版社于 2011 年 2 月出版发行 ， 苏志东 、尹玉杰 、张清双主编 。全书以阀门制造的工艺过程为主线 ， 主要介绍了阀门制造工艺基础知识 ， 零部件加工工艺 、热处理 、表面处理 、装配 、试验等内容 。本书涵盖了阀门设计 、制造方面最新的技术资料 ， 实用性 、可操作性强 。本书可供国内阀门设计 、生产制造 、应用的工程技术人员学习和参考 。全书 660 千字 ， 16 开本 ， 书号 : ISBN 978 7 12209404 9， 定价 69. 00 元 /册 。每册加收书价 10%的邮寄包装费 ， 需要者 ， 请与沈阳经济技术开发区开发大路 15 号沈阳阀门研究所科技开发信息中心的尹玉杰联系 ， 邮编 : 110142， 电话 : 024 25653780。E mail: sfskkxz chinavalveinfo. net http: / /www. chinavalveinfo. net32012 年第 5 期 阀 门
