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摘要：偏心硬密封球阀广泛使用在石油、化工等行业中，该文主要从结构设计方面介绍一种结构简单，具有浮动阀座结构的偏心硬密封球阀。
关键词：偏心硬密封球阀；浮动阀座
1 引言
随着我国石油、化工行业的发展，偏心硬密封球阀的使用越发广泛，对阀门的使用工况和性能也提出了更高的要求。目前市场上的偏心硬密封球阀，在实际使用中容易出现密封副磨损严重、密封性差、开关扭矩较大等问题。本文介绍一种新型偏心硬密封球阀，该球阀采用浮动阀座结构，密封性能优异、使用寿命较长，且结构简单，加工难度较低。
2 工作原理
閥门采用偏心球体，浮动阀座结构，球体置于阀体的中腔内，阀杆穿入阀体及球体的花键孔内并带动球体旋转，导向组件穿入阀体下导向孔及球体，阀座、密封垫片、圆板弹簧依次置于阀体的通径孔内，用止动座紧固。其特征在于阀座可以在偏心球体和圆板弹簧的作用下向左或向右浮动。
球体密封面中心与球体旋转不同心，通过设计合理的偏心距，使阀门在打开时，球体能够迅速脱离阀座，减少密封副的磨损，提高了阀门的使用寿命。阀门关闭时，球体在偏心距的作用下逐渐压向阀座，阀座在球体的作用下向左浮动，并依靠弹簧力的作用将阀座与球体压紧，避免了加工误差带来的不利影响，使密封点范围变宽，从而在提高密封性能的同时降低了对加工精度的要求。
3 机构设计
3.1阀体结构设计
3.1.1阀体结构长度符合IEC60534-3-2-2001标准。
3.1.2连接形式为对夹连结，安装时需外配法兰，法兰尺寸应符合GB/T 9113-2010法兰标准。
3.1.3阀体壁厚
式中：- 阀体壁厚；
- 材料许用拉应力；
- 设计压力，取公称压力；
- 阀体内腔最大直径；
- 考虑铸造偏差、工艺性和介质腐蚀等因素而附加的裕量
通过上述计算壁厚，同时阀体壁厚还因符合GB/T 12224-2005标准。
3.2球体设计
球体采用半球式偏心结构，该结构的优点是结构简单紧凑、流体阻力小、开关扭矩小偏心结构。
3.2.1球体半径
式中： - 球体最小半径；
- 阀门公称；
- 密封面宽度；
3.2.2偏心距
偏心距的大小会直接决定阀门在开启过程中球体与阀座的脱离点，对阀门的使用寿命、开关扭矩大小、密封性能、加工难度均有影响，因此偏心距的选择至关重要。偏心距太小，球体与阀座不能及时脱离，造成开关扭矩较大，阀座磨损严重；偏心距太大，会使阀座的浮动范围过大，密封困难，同时对加工精度要求较高。经过多次试验，综合考虑密封性能、使用寿命和加工难度等因素，最终确定当阀门开启5°时球体与阀座脱离，阀座浮动距离在0.3-0.6mm时最为合理。
3.3密封设计
3.3.1球体与阀座的密封
该结构球阀中有两处密封，一处是球体与阀座的密封，可根据经验公式计算必须比压，当设计比压大于必须比压时即可实现密封，为保证阀门的使用寿命设计比压不应大于许用比压，即。
式中： - 必须比压；
- 流体系数：常温液体m=1；常温汽油、煤油、空气m=1.4；
氢气、氦气m=1.8；
-密封面材料系数，对于硬密封结构取a=3.5，c=1；
- 公称压力；
- 密封面在垂直于流体流动方向上的投影宽度，
；
- 密封面宽度；
为了使球体与阀座更好的密封，通过球体与阀座配对研磨的方式，使阀座密封面完全贴合球体表面。由于偏心球体其结构特点，造成机器研磨效果不理想，因此采用机器研磨与人工研磨相结合的方式，既保證了加工效率又提高了研磨效果。同时球体球面和阀座密封面可以喷涂碳化钨材料，进一步提高阀门的耐磨和耐高温性能。
3.3.2阀座与阀体间密封
该结构的另一处密封在阀座与阀体间，依靠圆板弹簧的弹簧力使密封垫片紧紧的压在阀体止口和阀座凸台上，从而实现密封。
4 结构特点
该产品的主要特点有硬密封结构、密封面喷涂碳化物、偏心半球结构、浮动阀座结构。得益于上述特点，使得该产品适用介质范围广，允用介质温度：-29～+425℃；除开关瞬间外，球体与阀座无接触运动
4.2偏心球体结构，除开关瞬间外球体与阀座无接触运动，开关扭矩较小；密封性能良好，能够达到Ⅵ级泄漏标准；使用寿命长，启闭超过5万次。
5 结束语
偏心硬密封球阀特别适用于含纤维、细颗粒、料浆类介质，可用于要求大可调比的控制系统，被广泛地使用在石油、化工等行业中。该产品结构简单，性能优越，具有耐高温、长使用寿命、高泄漏级别等特性。
参考文献：
[1]GB/T 4213-2008 气动调节阀国家标准.
[2]GB/T 12224-2005 钢制阀门一般要求.
[3]GB/T 9113-2010 整体钢制管法兰.
[4]IEC 60534-4：2006 工业过程控制阀 第4部分：检验和例行试验.
[5]IEC 60534-3-2：2002工业过程控制阀 第3-2部分：无法兰控制阀的断面间距尺寸.
[6]杨源泉.阀门设计手册[M] 北京：机械工业出版社，1992.
[7]陆培文.阀门设计手册[S]. 北京：机械工业出版社，2004.
[8]章华友.球阀的设计与选用[M]. 北京：北京科学技术出版社，1994.
关键词：偏心硬密封球阀；浮动阀座
1 引言
随着我国石油、化工行业的发展，偏心硬密封球阀的使用越发广泛，对阀门的使用工况和性能也提出了更高的要求。目前市场上的偏心硬密封球阀，在实际使用中容易出现密封副磨损严重、密封性差、开关扭矩较大等问题。本文介绍一种新型偏心硬密封球阀，该球阀采用浮动阀座结构，密封性能优异、使用寿命较长，且结构简单，加工难度较低。
2 工作原理
閥门采用偏心球体，浮动阀座结构，球体置于阀体的中腔内，阀杆穿入阀体及球体的花键孔内并带动球体旋转，导向组件穿入阀体下导向孔及球体，阀座、密封垫片、圆板弹簧依次置于阀体的通径孔内，用止动座紧固。其特征在于阀座可以在偏心球体和圆板弹簧的作用下向左或向右浮动。
球体密封面中心与球体旋转不同心，通过设计合理的偏心距，使阀门在打开时，球体能够迅速脱离阀座，减少密封副的磨损，提高了阀门的使用寿命。阀门关闭时，球体在偏心距的作用下逐渐压向阀座，阀座在球体的作用下向左浮动，并依靠弹簧力的作用将阀座与球体压紧，避免了加工误差带来的不利影响，使密封点范围变宽，从而在提高密封性能的同时降低了对加工精度的要求。
3 机构设计
3.1阀体结构设计
3.1.1阀体结构长度符合IEC60534-3-2-2001标准。
3.1.2连接形式为对夹连结，安装时需外配法兰，法兰尺寸应符合GB/T 9113-2010法兰标准。
3.1.3阀体壁厚
式中：- 阀体壁厚；
- 材料许用拉应力；
- 设计压力，取公称压力；
- 阀体内腔最大直径；
- 考虑铸造偏差、工艺性和介质腐蚀等因素而附加的裕量
通过上述计算壁厚，同时阀体壁厚还因符合GB/T 12224-2005标准。
3.2球体设计
球体采用半球式偏心结构，该结构的优点是结构简单紧凑、流体阻力小、开关扭矩小偏心结构。
3.2.1球体半径
式中： - 球体最小半径；
- 阀门公称；
- 密封面宽度；
3.2.2偏心距
偏心距的大小会直接决定阀门在开启过程中球体与阀座的脱离点，对阀门的使用寿命、开关扭矩大小、密封性能、加工难度均有影响，因此偏心距的选择至关重要。偏心距太小，球体与阀座不能及时脱离，造成开关扭矩较大，阀座磨损严重；偏心距太大，会使阀座的浮动范围过大，密封困难，同时对加工精度要求较高。经过多次试验，综合考虑密封性能、使用寿命和加工难度等因素，最终确定当阀门开启5°时球体与阀座脱离，阀座浮动距离在0.3-0.6mm时最为合理。
3.3密封设计
3.3.1球体与阀座的密封
该结构球阀中有两处密封，一处是球体与阀座的密封，可根据经验公式计算必须比压，当设计比压大于必须比压时即可实现密封，为保证阀门的使用寿命设计比压不应大于许用比压，即。
式中： - 必须比压；
- 流体系数：常温液体m=1；常温汽油、煤油、空气m=1.4；
氢气、氦气m=1.8；
-密封面材料系数，对于硬密封结构取a=3.5，c=1；
- 公称压力；
- 密封面在垂直于流体流动方向上的投影宽度，
；
- 密封面宽度；
为了使球体与阀座更好的密封，通过球体与阀座配对研磨的方式，使阀座密封面完全贴合球体表面。由于偏心球体其结构特点，造成机器研磨效果不理想，因此采用机器研磨与人工研磨相结合的方式，既保證了加工效率又提高了研磨效果。同时球体球面和阀座密封面可以喷涂碳化钨材料，进一步提高阀门的耐磨和耐高温性能。
3.3.2阀座与阀体间密封
该结构的另一处密封在阀座与阀体间，依靠圆板弹簧的弹簧力使密封垫片紧紧的压在阀体止口和阀座凸台上，从而实现密封。
4 结构特点
该产品的主要特点有硬密封结构、密封面喷涂碳化物、偏心半球结构、浮动阀座结构。得益于上述特点，使得该产品适用介质范围广，允用介质温度：-29～+425℃；除开关瞬间外，球体与阀座无接触运动
4.2偏心球体结构，除开关瞬间外球体与阀座无接触运动，开关扭矩较小；密封性能良好，能够达到Ⅵ级泄漏标准；使用寿命长，启闭超过5万次。
5 结束语
偏心硬密封球阀特别适用于含纤维、细颗粒、料浆类介质，可用于要求大可调比的控制系统，被广泛地使用在石油、化工等行业中。该产品结构简单，性能优越，具有耐高温、长使用寿命、高泄漏级别等特性。
参考文献：
[1]GB/T 4213-2008 气动调节阀国家标准.
[2]GB/T 12224-2005 钢制阀门一般要求.
[3]GB/T 9113-2010 整体钢制管法兰.
[4]IEC 60534-4：2006 工业过程控制阀 第4部分：检验和例行试验.
[5]IEC 60534-3-2：2002工业过程控制阀 第3-2部分：无法兰控制阀的断面间距尺寸.
[6]杨源泉.阀门设计手册[M] 北京：机械工业出版社，1992.
[7]陆培文.阀门设计手册[S]. 北京：机械工业出版社，2004.
[8]章华友.球阀的设计与选用[M]. 北京：北京科学技术出版社，1994.