波纹管球阀的参数与特点分析

发布时间:2011-08-01  点击数:2485

    波纹管调节阀通常有波纹管截止阀和波纹管闸阀。波纹管截止阀阀杆只做升降直线运动,行程较小,以DN50口径截止阀为例,行程只有14mm,使用寿命可达5000次。波纹管闸阀行程较大,DN50口径为43mm,使用寿命较短,只能达到2000次。不论闸阀还是截止阀,它们的共同缺点是阀杆轴向尺寸过大,DN50口径截止阀阀杆直径为φ21mm,长290mm,闸阀阀杆直径为+22mm,长为415mm。从力学角度分析,截止阀的长径比为13.8,闸阀长径比为18.8。阀杆轴向受力极其不稳定,特别是波纹管阀在工况运行中,介质带压的情况下,阀门关闭困难。在阀门设计中,一般采用增加径向尺寸和缩短轴向尺寸的方法,也解决不了波纹管截止阀和闸阀的结构问题。故现行的波纹管闸阀和截止阀经常因为阀杆过长,在运行中折弯而使阀门失效。

    针对上述波纹管截止阀和闸阀的缺点,研究开发了波纹管球阀。波纹管球阀克服了波纹管截止阀和闸阀阀杆过长的缺点,其结构合理、匀称和稳定。波纹管截止阀、闸阀和球阀结构如图1。波纹管球阀阀杆长220mm,直径为25mm,长径比为8.8。

    波纹管球阀与波纹管截止阀和闸阀相比有如下的优点。

    (1)波纹管球阀具有三级密封,而波纹管截止阀和闸阀只有二级密封。

    一级密封设在阀杆下端处。采用锥面密封。阀杆与阀盖处密封长度为4mm,属于金属与金属的硬密封,且压力越大密封越好。第一道密封渗漏量极小,由于密封面光洁度较高,在密封面间形成微小的毛细管通道,根据流体力学理论,流体通过毛细管后,沿程压力损失很大,波纹管内的压力较小,这样就保护了波纹管。

    二级密封为波纹管密封。由于进入波纹管的流体通过第一道毛细管式的密封,压降大大降低,成为稳恒的流体。波纹管受流体的压力不是交变应力,而是稳恒应力,这样大大改善了波纹管受力工况。

    三级密封是阀门通常采用的填料密封。

    (2)波纹管球阀中的波纹管受稳恒介质流体压力的情况下,还受关闭和开启阀门的驱动力作用。

    由于球阀启闭运动只须阀杆转动1/4圈,波纹管只受压力而不受拉力作用,在轴向上受压且最大压缩量为9mm。远远小于波纹管截止阀14mm压缩量和闸阀43mm的压缩量。波纹管截止阀和闸阀启闭阀门时,波纹管受压力和受拉应力交替进行,材料力学指出,金属疲劳破坏主要是由交变应力引起的。由于波纹管球阀只受压应力作用,且压缩量极小,故波纹管球阀使用的寿命最长,达到20000次。表1对波纹管截止阀、闸阀和球阀的波纹管及阀杆参数进行了比较。

表1 800磅级DN50闸阀、截止阀和球阀的波纹管及阀杆参数

阀门 波纹管寿命 阀杆长度 阀杆长径比 波纹管压行程mm 波纹管外径φ/mm 波纹管长度mm 波纹管长径比
波纹管
截止阀
5000次 290 13.8 14 38 94.6 2.48
波纹管
闸阀
2000次 415 18.8 43 38 296.7 7.80
波纹管
球阀
20000次 220 8.8 9 60 86.7 1.45

    从以上分析可以看到,波纹管球阀寿命是截止阀的4倍,闸阀的10倍以上由于球阀流阻小,启闭快捷,近年来随着硬密封球阀迅速的发展。波纹管球阀适用于高温和高压级工况,因此可以代替截止阀和闸阀。