4.4.2 球形控制阀设计
球形控制阀的调节元件和许多蝶形控制阀的调节元件相似:1/4旋转运动,旋转动作的执行机构和无下部(擦拭)填料的填料盒。
球阀有个基本形式,如4.4.1节所述:全舱口球阀和特性化球阀。全舱口阀体组合件调节元件的特点是用两个方法之一来支撑球状球体。第一个方法是浮动密封剂头(图4.30),近似于大多数的手动球阀结构,即两个全接触阀座位于入口和出口舱口,在舱口处球体与两个密封接触,而不予阀体直接接触。球体用华东配合或其他类似的机构与轴连接,这些机构必须特别牢固以避免机械之后现象,特别是由结构的连续摩擦角度来开。这种结构的基本优点是不需要使用盲端的膛去支撑球体的气轴端。其优点是球体必须有极其严密的公差配合以保证两端密封能够长期接触。因为密封必须密封物流和支撑球体,故它应设计成适用于精确和重负荷的工况。因为这种结构随密封的支撑而定,它常被规定用于中压和中温工况。
典型的特性化球体时扇形的,它意味着使用球体的一部分代替整个球体。扇形球体包括完全关闭物流的球体面积加上足够提供密封的球体表面。正常的扇形球体时耳轴安装型(图4.32)对于耳轴安装,球体是由轴和与轴相对一侧的另一个轴或支柱制成的,它可与球体分开或成为以整体。因为制成不由密封承当,耳轴安装球体正常设计师带有一个密封(但两个密封的结构亦是可行的)。它在球和密封之间产生较小的摩擦。使用耳轴安装结构对较苛刻的高温高压工况是最佳的。
球阀可配备软密封或金属密封。对于软密封,在弹性体密封上配备一个金属或应弹性体的备用环以便对密封表面施加压力,在弹性体失效的情况下,其作用如同一个备用件,并向密封表面产生附加的擦拭作用。对强腐蚀或防爆型的工况,例如氧气工况,则禁止在弹性体内使用金属备用环。如果因为温度呵呵而需要使用金属密封,应注意到需使用互相适应的金属以防止金属表面的磨损和划痕。金属密封要求热处理和/或球体加复盖层。
阀体的形式决定了密封如何在球体上安置就位。对于整块阀体,在球体安装之后安装密封它是利用支持架保持就位的。大多数支持架用螺纹拧入阀体,并可允许微量调节支持架以便增加或减少对球体的密封压缩力。这种结构使密封的整体性和球体的密封附加的摩擦相平衡。理论上,支持架不应包围整个垫片区域内阀体面的表面,而应与阀体共用它。如果支持架控制整个密封,则密封压缩力将被管线力所影响。对于不均匀的管线力,它们可能产生不均匀的密封,为确保均匀的密封严密性,在支持架和密封之间经常使用宽度不等的填隙片。
少量的球阀体使用两块的结果,即是阀体分为两个半个(很像剖开截止阀阀体)以便容易组装和使用浮动球体。主要缺点是使用这种结构时管线力和工艺温度将改变密封严密性。了对于所有剖开阀体结构,在两个板块阀体之间的街头会产生另一潜在的泄漏通道。
因为阀体面对面尺寸是根据阀体组合件结构而定的,而这个尺寸则随制造厂的不同而变化。目前尚未建立起所有制造厂均遵守的综合标准,就像截止阀门的ANSI/ISA标准S75.15或ANSI/ISA标准S75.16那样。因为球阀面对面尺寸大于薄的蝶阀薄片型阀体,可是小于截止阀,它的阀体可安装在同一工况下的两个法兰之间。当存在高温或热循环是,管线法兰之间的较长螺栓将导致因热膨胀而减少压缩力或造成泄漏。甚至在中温情况下,较大阀门[8in(DN200)或更大]的螺栓在长时间后悔伸长或造成泄漏。在不能采用无法兰结构时,球阀可采用整体法兰或可分开的法兰。整体法兰式一个牢固的整块结构的整体,而可分开的伐哪里的费用较低(使用合金阀体),当管线和阀门法兰不相适应时能够比较容易地安装。
蝶形控制阀的填料盒几乎是相同的。蝶阀通常就是这样,填料盒的膛是经过精加工且有能容纳各种填料结构的足够深度。蝶阀通常就是这样,球阀旋转四分之一转的动作不需要底部填料组去擦拭任何工艺介质的轴。典型的填料盒包括组、合适的间隔套和填料压盖(用于将压盖法兰治理传递到填料)。不想截止阀那样,当轴在球体没一侧上被正常导向时,在球阀填料盒开口段不需设置上部导向器或轴承。在某些自动旋转运动阀,轴也被设置在执行机构传送箱内的轴承所导向。
为了耳轴安装结构的加工简便,轴膛是由阀体两个进行加工的,并使用螺塞或法兰盖(包括垫片或O形环)盖住对应于填料盒的镗孔开口。如果使用带螺纹的螺塞,它不应与轴接触,这是因为轴的1/4旋转动作会使螺塞松脱,而导致工艺介质向大气泄漏。安装孔设置在阀体的填料盒侧,以便安装执行机构的传送箱。对于所有自动旋转阀门,传送箱包括由直线运动转换到旋转运动的机构,该机构可使直线运动执行机构用于1/4旋转阀门上。装配到传送箱内的轴的端部是用花毽配合或用带材滚轧以防泄漏。常用的旋转执行机构,执行机构系统和手轮的结果见第五章。