高溫球閥的密封特點主要是采用金屬密封副,其優點是適用溫度范圍廣,各種金屬的熱膨脹系數相差不大,只要選用得當,可以達到基本一致,有利于協調溫差變形。缺點是材料硬度高,達到密封所必須的比壓高,即使采用預緊力達到密封,但因密封比壓大,閥座和球體之間的磨損也很大,而且由于金屬密封面摩擦系數較大,導致球閥的啟閉力矩較大。因此,高溫球閥大多采用彈性密封副,其性能可靠,彈性補償能力強,適用溫度范圍廣,并對浮動球球閥和固定球球閥都適用。

 

    高溫球閥在預緊力和流體壓力的作用下,閥座與球體壓緊,使閥座密封面產生變形而達到密封。其密封效果取決于閥座在流體壓力和預緊力的作用下,能夠補償球體不圓度和微觀不平度的程度。因此,閥座與球體之間必須具有足夠大的密封比壓qb,且應滿足qb<q<〔q〕式中qb———保證閥門密封的必須比壓,MPaq———閥門工作時的實際比壓,MPa〔q〕———閥座材料的許用比壓,MPa

 

二、高溫高壓硬密封球閥結構分析

 

(1)浮動球球閥密封結構

 

    對稱閥座硬密封高溫球閥由閥體、球體、閥桿、金屬閥座及閥座與閥體間的柔性石墨密封圈組成。兩個閥座以閥桿軸心為對稱中心嵌入閥體,閥座可在閥體嵌入槽中滑動,閥座與閥體之間的密封靠柔性石墨密封圈來實現。由于柔性石墨密封圈可壓縮變形,該結構球閥在一定溫度范圍內使用不會因球體受熱膨脹卡住不能動作,此結構硬密封球閥可用于溫度不超過343℃的工況。

 

    金屬彈性圈高溫球閥用金屬彈性圈作閥座密封圈,用來補償溫差、壓力和磨損等外界條件變化對球閥密封性能影響。該閥由閥體、球體、閥桿、金屬閥座、閥座與閥體間的柔性石墨密封圈、金屬彈性圈、金屬彈性圈壓環及密封墊組成。兩個閥座一個為可在閥體嵌入槽中滑動的金屬閥座,另一個為可變形的金屬彈性圈閥座。該結構球閥在球體受熱膨脹時金屬彈性圈閥座可變形,使球體不致卡住不能動作。

 

    碟形彈簧加載高溫球閥使用碟形彈簧加載密封副結構。該閥由閥體、球體、閥桿、閥后閥座、閥后閥座密封圈、閥前閥座、閥前閥座密封圈、壓環及碟形彈簧等組成。閥前閥座、閥前閥座密封圈、壓環為一組件,碟形彈簧壓在組件上。球閥裝配后碟形彈簧受壓,它一方面為閥門密封提供初始力,另一方面壓縮閥座和閥體間的密封圈,使閥座和閥體間密封。該結構球閥兩個閥座以閥桿軸心為對稱中心嵌入閥體,閥座可在閥體嵌入槽中滑動,在球體受熱膨脹時閥座組件滑動,碟形彈簧受壓變形,避免球體卡住不能動作。

 

    某國外閥門企業推出的一種硬密封高溫球閥,該閥由閥體、球體、閥桿、閥前閥座、碟形彈簧、閥后閥座、閥后閥座與閥體間的柔性石墨密封圈等組成。球閥閥后閥座通過螺紋直接旋入閥體并壓縮柔性石墨密封圈,使閥后閥座和閥體間密封不再依靠碟形彈簧壓縮柔性石墨密封圈來保證閥座和閥體間的密封。球閥閥前閥座徑向與閥體間有間隙,在球體受熱膨脹時閥前閥座可在閥體槽中自由滑動,壓縮碟形彈簧變形,使球體避免卡住不能動作。

 

(2)固定球球閥

 

   固定球式高溫球閥常用在某些高參數工況下。該閥主要由閥體、球體、閥座、上閥桿、下閥桿、螺旋彈簧、壓板、閥座與閥體間密封圈組成。球體由上、下閥桿支撐定位,在介質壓力作用時,球體無閥體軸線方向的位移。兩閥座可在閥體槽中滑動,當球體受熱膨脹時球體推動閥座在閥體槽中滑動并壓縮彈簧變形,使球體不致卡死不能動作。應用中螺旋彈簧可用碟形彈簧取代,亦可將閥桿與球體制作成一體式結構形式。

 

   波紋管硬密封高溫球閥用于某些特殊工況。該閥由閥體、波紋管、碟形彈簧、閥座、球體、上閥桿、下轉軸等組成。波紋管一端焊在閥座上,另一端焊在閥體上,閥座與閥體間的密封靠波紋管實現。該結構球閥的初始密封力由碟簧和波紋管的變形共同提供。在高溫狀態下膨脹的球體推動閥座向兩邊移動,壓縮碟簧和波紋管,其優點是密封性能可靠,彈性補償范圍大,并且在三維空間動作靈活。

 

   高溫高壓硬密封球閥的密封結構是影響其密封性能的重要因素,在溫度和壓力作用下,閥座和球體之間的相互作用力發生變化時,采用合適的密封結構和結構尺寸補償所產生的變化,是保障其密封性能的重要的措施之一。在新工藝不斷得到應用的基礎上,國內外高溫硬密封球閥的密封結構仍在不斷發展中。