1 概述

    彈簧組彈性閥座是一種在閥門(mén)流體通道的橫截面圓周上均勻布置一組壓縮彈簧，利用彈簧的推力使得密封圈與球體緊密接觸，達(dá)到預(yù)緊密封作用的閥門(mén)密封結(jié)構(gòu)。

    彈簧組彈性閥座在固定球閥中使用時(shí)，在球閥的閥前和閥后都要布置彈性閥座。這樣的布置在改變球閥相關(guān)幾何參數(shù)情況下，可以實(shí)現(xiàn)球閥的閥前密封、閥后密封及閥前閥后雙面密封。而對(duì)于這三種密封形式，結(jié)構(gòu)相似但是特點(diǎn)不同，可以滿(mǎn)足不同的工作需要。因此彈簧組彈性閥座在固定球閥中，不論高溫、低溫及普通溫度都有應(yīng)用。

    2 彈簧組彈性閥座

    彈簧組彈性閥座是利用彈簧組達(dá)到預(yù)緊接觸密封，依靠流體壓力實(shí)現(xiàn)密封的閥門(mén)密封結(jié)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

1.閥體2.彈簧3.閥座密封圈4.閥座

5.球體密封圈6.球體

圖1 彈簧組彈性閥座 

    其中d₁為閥體接觸面中徑；d₂為球體接觸面中徑。d₁與d₂的大小關(guān)系是決定彈簧組彈性閥座三種密封形式的關(guān)鍵。當(dāng)d₁＞d₂時(shí)，彈簧組彈性閥座為閥前密封閥座；當(dāng)d₁＜d₂時(shí)，彈簧組彈性閥座為閥后密封閥座；當(dāng)d₁＞d₂；d₁'＜d₂'時(shí)，彈簧組彈性閥座為雙面密封閥座。

    2.1 彈簧組彈性閥座閥前密封

    當(dāng)d₁＞d₂時(shí)，彈簧組彈性閥座為彈簧組閥前密封彈性閥座結(jié)構(gòu)如圖2所示。此時(shí)，閥座的流體受壓面積A1大于球體密封圈反向受壓面積A2。此時(shí)，閥前閥座在彈簧預(yù)緊密封力和流體在A1和A2受壓面壓差推力作用下，球體密封圈緊緊貼到球體上，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的密封。此時(shí)，閥后閥座不起密封作用。

圖2 彈簧組閥前密封彈性閥座

    對(duì)于閥后閥座的結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有明確的規(guī)定。其設(shè)計(jì)需要根據(jù)閥門(mén)體腔泄壓形式?jīng)Q定。對(duì)于泄壓流體排放到閥前，這種結(jié)構(gòu)的體腔泄壓流體，由于閥體中流體的壓力作用，將有很大一部分體腔流體無(wú)法排除。對(duì)于泄壓流體排放到閥后，在閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，下游壓力降低可以將體腔內(nèi)大部分的流體排除。而當(dāng)采用泄壓流體排放到閥后結(jié)構(gòu)時(shí)，閥后閥座結(jié)構(gòu)形式必須采用腔內(nèi)閥座受壓面積A3大于腔外閥座A4受壓面積的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 閥后閥座結(jié)構(gòu)

    此結(jié)構(gòu)：d₁'＞d₂'；A₃＞A₄。當(dāng)中腔壓力升高時(shí)，流體閥座受壓面積A3大于閥座反向受壓面積A4，在流體的壓差推力作用下球體和球體密封被推開(kāi)，高壓中腔流體排放到閥后管道中去，實(shí)現(xiàn)泄壓。

    對(duì)于閥前閥座密封，其優(yōu)點(diǎn)：閥門(mén)的填料函、閥蓋及大部分閥體不用承受流體的壓力；閥門(mén)體腔不會(huì)存在大量介質(zhì)侵蝕填料、閥蓋等；當(dāng)體腔意外升壓時(shí)，能將流體迅速排出，避免了對(duì)閥門(mén)的沖擊；閥后也不會(huì)形成積液區(qū)。所以，閥前閥座密封特別適用于腐蝕性介質(zhì)和低溫液體氣化的場(chǎng)合。缺點(diǎn)：密封力作用在球體上，轉(zhuǎn)動(dòng)球體所需的轉(zhuǎn)矩荷載很大，閥桿受到較大的帶動(dòng)推力；對(duì)于密封比壓的計(jì)算精度要求較高，密封比壓過(guò)大時(shí)，就會(huì)造成閥座過(guò)載和球體轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大；密封比壓較小時(shí)，就會(huì)造成閥座密封失效；只能在一定壓力范圍內(nèi)使用。

    2.2 彈簧組彈性閥座閥后密封

    當(dāng)d₂＞d₁時(shí)，彈簧組彈性閥座為彈簧組閥后密封彈性閥座結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 彈簧組閥后密封彈性閥座

    當(dāng)d₁＞d₂時(shí)，前閥座流體受壓面積A₁小于球體密封圈反向受壓面積A₂。此時(shí)，流體在A₁和A₂受壓面壓差推力作用下，將球體密封圈推離球體，產(chǎn)生流體間隙通道，流體進(jìn)入到球閥的體腔中。而后閥座的流體受壓面積A₃小于受壓面積A₄。進(jìn)入中腔中的介質(zhì)，在受壓面A3和A₄上產(chǎn)生壓差推力，將后閥座密封圈緊緊貼到球體上，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的密封。

    對(duì)于閥后密封彈簧組閥后密封彈性閥座來(lái)說(shuō)，閥前閥座和閥后閥座結(jié)構(gòu)基本相同。閥前閥座：d₁＜d₂；A₁＜A₂。閥后閥座：d₁'＜d₂'；A₃＜A₄。

    對(duì)于閥后閥座密封，其優(yōu)點(diǎn)：流體進(jìn)入到體腔中，利用后閥座密封。因此流體壓力在球體和閥座上的有效作用力小，球體的轉(zhuǎn)動(dòng)需要的轉(zhuǎn)矩就小、閥桿軸承受力也小。因此，適用于高壓大通徑場(chǎng)合。軸承具有自潤(rùn)滑性。缺點(diǎn)：流體始終存在體腔中，對(duì)于填料、閥蓋的密封、閥體都是不利的；不適合控制腐蝕性流體；不能自動(dòng)泄壓，低溫液體氣化場(chǎng)合使用，必須設(shè)置泄壓裝置；要充分保證d2＞d1，相比就要縮小流通管徑或者增大球體和閥體的尺寸。

    2.3 彈簧組彈性閥座雙面密封

    當(dāng)d₁＞d₂；d₁'＜d₂'時(shí)，彈簧組彈性閥座為彈簧組雙面密封彈性閥座結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 彈簧組雙面密封彈性閥座

    彈簧組雙面密封彈性閥座其實(shí)為彈簧組彈性閥座閥前和閥后密封的結(jié)合。閥前閥座：d1＞d2；A1＞A2；閥后閥座：d1'＜d2'；A3＜A4。這樣無(wú)論是體腔中沒(méi)有滲入流體或滲入或多或少的流體產(chǎn)生高于、低于管道內(nèi)流體壓力的現(xiàn)象，都能實(shí)現(xiàn)球體密封圈對(duì)閥門(mén)的密封作用。

    對(duì)于雙面閥座密封，其優(yōu)點(diǎn)：密封性能可靠；總會(huì)有或多或少的流體進(jìn)入中腔，產(chǎn)生一定的壓力作用在球體、閥座上，球體的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩荷載小。所以，使用在對(duì)于密封要求較高的場(chǎng)所。缺點(diǎn)：雙面閥座密封無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泄壓。因此，在控制液化氣體時(shí)，必須設(shè)置泄壓裝置。

    3 結(jié)論

    固定球閥彈簧組彈性閥座是一種涉及高、低和普通溫度的密封結(jié)構(gòu)，應(yīng)用十分廣泛。三種形式的密封結(jié)構(gòu)特點(diǎn)各不相同，在應(yīng)用時(shí)必須選擇正確。密封壓比受受壓面積壓差推動(dòng)力、預(yù)緊彈簧彈力及滑動(dòng)摩擦力影響。同時(shí)受到受壓面積壓差推動(dòng)力影響較大。然而，兩受壓面中徑尺寸一般相差不大。所以設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行精確的計(jì)算。

    （1）固定球閥彈簧組彈性閥座的閥體接觸面中徑d₁和球體接觸面中徑d2的大小關(guān)系決定了閥門(mén)的三種密封形式。

    （2）固定球閥彈簧組彈性閥座的密封比壓（即密封的可靠性）主要取決于閥體接觸面中徑d1和球體接觸面中徑d₂的比例關(guān)系。

    （3）對(duì)三種密封結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，閥前閥座密封，可以使用在壓力P≤10MPa的腐蝕和液化氣體中以及閥門(mén)通徑較大的場(chǎng)合；閥后閥座密封，通常使用于壓力P≥16MPa的80～100通徑的閥門(mén)中；雙面密封，特別使用于危險(xiǎn)的對(duì)密封要求高的場(chǎng)所。