保溫球閥技術大革新

                        上海申弘閥門有限公司

摘要：針對目前技術領域中保溫球閥存在的缺陷，對其密封材料及密封結構進行改進，使其在高溫工況下能確保密封性能，并且大大提高其使用壽命。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。
關鍵詞：保溫球閥；密封結構；密封材料；溫度
隨著國內工業(yè)的不斷發(fā)展，對管線上使用的保溫球閥的需求也隨之增加，對保溫球閥的要求也越來越高，用戶選用保溫球閥時，特別關注該閥有沒有具有良好的密封性能以阻止介質的泄漏。由于進口保溫球閥的可靠性較好，因此用戶對重要部位多采用進口保溫球閥，但是進口保溫球閥價格昂貴，交貨周期較長，售后服務不方便，嚴重影響整套管線的運作。為了減少管線費用，實現(xiàn)保溫球閥的國產(chǎn)化，國內廠家也不斷在國產(chǎn)保溫球閥的質量上、密封可靠性上精益求精，力求代替進口保溫球閥。本文就針對保溫球閥在耐高溫問題上進行分析并提出改進措施。保溫球閥優(yōu)點：
1． 流體阻力小，其阻力系數(shù)與同長度的管段相等。
2． 結構簡單、體積小、重量輕。 
3． 緊密可靠，目前球閥的密封面材料廣泛使用塑料、密封性好，在真空系統(tǒng)中也已廣泛使用。 
4． 操作方便，開閉迅速，從全開到全關只要旋轉90°，便于遠距離的控制。 
5． 維修方便，球閥結構簡單，密封圈一般都是活動的，拆卸更換都比較方便。
6． 在全開或全閉時，球體和閥座的密封面與介質隔離，介質通過時，不會引起閥門密封面的侵蝕。 
7． 適用范圍廣，通徑從小到幾毫米，大到幾米，從高真空至高壓力都可應用。 球旋轉90度時，在進、出口處應全部呈現(xiàn)球面，從而截斷流動。
保溫球閥是一種比較新型的球閥類別，它有著自身結構所*的一些*性，如開關無摩擦，密封不易磨損，啟閉力矩小。這樣可減小所配執(zhí)行器的規(guī)格。配以多回轉電動執(zhí)行機構，可實現(xiàn)對介質的調節(jié)和嚴密切斷。
1 提出問題
目前現(xiàn)有技術領域中的保溫球閥也稱夾套球閥，是在球閥的基礎上焊裝金屬夾套，夾套與閥體之間構成保溫通道，通道內注入蒸汽或其他保溫介質，確保閥內介質能夠正常工作。保溫球閥具有良好的保溫特性，且閥門的通徑與管徑一致，同時又能有效地降低管路中介質熱量損失。主要用于石油、化工、冶金、制藥、食品等各類系統(tǒng)中，以輸送常溫下會凝固的高粘度介質。
因受閥門密封結構及其相對應的密封材料的制約，其使用的溫度小于 200℃。而且長時間在 200℃ 的工況下使用，壽命較短。雖然閥座方面可選用短時間能耐 300 ℃ 的高強度石墨材料，但閥門中還有許多需要密封的部位仍無法在高溫場合下密封，特別是徑向密封方面，高強度石墨材料不適宜做徑向密封。通常的保溫球閥徑向密封是采用 O 形圈密封結構，這樣整臺閥門的使用溫度直接受到 O 形圈使用溫度的制約，目前保溫球閥上使用的 O 形圈是氟橡膠，而氟橡膠的使用溫度在 200℃ 以內，且不能在這極限溫度內使用。遠遠不能滿足市場中許多介質的要求，如工況介質為松香時，其要求保溫球閥的使用溫度為 300 ℃，這樣才有利于松香介質獲得較為理想的流動性，傳統(tǒng)中用 O 形圈作為密封零件時，就無法滿足其要求。
提升保溫球閥的密封材料和結構方面的改進

（1）首先在支承圈與閥體之間，通常采用 O 形圈作徑向密封的結構進行改進，取消采用 O 形圈的密封結構，在支承圈上直接加工出臺階結構使支承圈與閥體之間組成密封腔．在密封腔內裝上耐高溫的柔性石墨材料的密封圈，在密封圈后面加裝一個帶錐截面的墊圈，墊圈后面裝上結構的螺塞，這樣通過旋緊螺塞，螺塞將力傳遞給墊圈，墊圈的錐截面將擠壓密封圈，密封圈產(chǎn)生變形，使其在徑向內外貼緊支承圈和閥體，從而使保溫球閥在徑向獲得耐高溫的密封結構，同時，通過旋緊螺塞，使球體與閥座之間產(chǎn)生預緊密封力，使其獲得密封。
 
（2）在閥座密封結構上亦做出相應的改進，采用鑲入式結構，將閥體及支承圈挖出凹槽，凹槽底端裝入密封性能*且耐高溫的柔性石墨，既能起到閥座底端的密封作用，又能起到各密封副之間因熱脹冷縮的補償作用。在柔性石墨上面裝上耐高溫的金屬閥座，使用溫度可提高到425℃以內長時間使用，從而解決了保溫球閥不能在200℃以上長時間使用的局面。并且還可根據(jù)實際工況的要求選用不同材質的閥座。
 
（3）起排泄作用的底端接管與堵頭是螺紋連接，當溫度升高時，螺紋部分的密封很難保證，決定取消堵頭，在圖 2 中與底端接管連接的堵頭換上臺階式排污堵頭，連接端用纏繞墊進行密封，確保底端的密封可靠性。
 
通過改進保溫球閥的密封結構，密封性能優(yōu)良，特別是改進后的柔性石墨代替了 O 形圈，在溫度≤425℃的工況上得到廣泛使用。隨著國內工業(yè)水平的發(fā)展和技術進步，其性能將不斷提高，應用范圍將不斷擴大。保溫球閥是根據(jù)市場需求而改進設計制造的，該閥門具有整體結構緊湊、操作方便、密封可靠和壽命長等特點，目前該保溫球閥在用戶使用工況中運行良好，各項性能指標均達到設計要求。對容易凝固、高粘度的液體介質具有優(yōu)良的性能，特別適用于松香之類的稠質介質。
2 改進措施
根據(jù)保溫球閥存在的問題，確定對保溫球閥的密封材料和結構進行改進。
（1）首先對圖 1 在支承圈與閥體之間，通常采用 O 形圈作徑向密封的結構進行改進，取消采用 O 形圈的密封結構，在圖 2 支承圈上直接加工出臺階結構使支承圈與閥體之間組成密封腔．在密封腔內裝上耐高溫的柔性石墨材料的密封圈，在密封圈后面加裝一個帶錐截面的墊圈，墊圈后面裝上結構的螺塞，這樣通過旋緊螺塞，螺塞將力傳遞給墊圈，墊圈的錐截面將擠壓密封圈，密封圈產(chǎn)生變形，使其在徑向內外貼緊支承圈和閥體，從而使保溫球閥在徑向獲得耐高溫的密封結構，同時，通過旋緊螺塞，使球體與閥座之間產(chǎn)生預緊密封力，使其獲得密封。
（2）在閥座密封結構上亦做出相應的改進，采用鑲入式結構，將閥體及支承圈挖出凹槽，凹槽底端裝入密封性能*且耐高溫的柔性石墨，既能起到閥座底端的密封作用，又能起到各密封副之間因熱脹冷縮的補償作用。在柔性石墨上面裝上耐高溫的金屬閥座，使用溫度可提高到 425℃ 以內長時間使用，從而解決了保溫球閥不能在 200℃ 以上長時間使用的局面。并且還可根據(jù)實際工況的要求選用不同材質的閥座。
（3）在圖 1 中起排泄作用的底端接管與堵頭是螺紋連接，當溫度升高時，螺紋部分的密封很難保證，決定取消堵頭，在圖 2 中與底端接管連接的堵頭換上臺階式排污堵頭，連接端用纏繞墊進行密封，確保底端的密封可靠性。

3 結語
通過改進保溫球閥的密封結構，密封性能優(yōu)良，特別是改進后的柔性石墨代替了 O 形圈，在溫度 ≤425℃ 的工況上得到廣泛使用。隨著國內工業(yè)水平的發(fā)展和技術進步，其性能將不斷提高，應用范圍將不斷擴大。保溫球閥是根據(jù)市場需求而改進設計制造的，該閥門具有整體結構緊湊、操作方便、密封可靠和壽命長等特點，目前該保溫球閥在用戶使用工況中運行良好，各項性能指標均達到設計要求。對容易凝固、高粘度的液體介質具有優(yōu)良的性能，特別適用于松香之類的稠質介質。本文相關的論文有：中國閥門產(chǎn)值遞增