作者選取了球閥常用密封閥座的三種型式，在液氮中進(jìn)行試驗(yàn)。利用試驗(yàn)結(jié)果分析比較了三種閥座低溫條件下的形態(tài)，從而得出了大口徑低溫球閥閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

引言

　　球閥具有流阻小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟閉快速、安裝和操作方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于流體控制系統(tǒng)。按介質(zhì)的溫度范圍劃分， 球閥有常溫球閥和低溫球閥。低溫球閥工作介質(zhì)的溫度可達(dá)20K(液氫)，甚至更低。與常溫球閥相比，低溫球閥的結(jié)構(gòu)以及材料選擇上有很大不同。除了閥體需采取保溫結(jié)構(gòu)，如真空絕熱或發(fā)泡保溫外，主密封結(jié)構(gòu)，即閥座結(jié)構(gòu)及其材料的選擇是影響低溫球閥工作性能的重要因素， 尤其是大口徑低溫球閥。

　　本文對(duì)常溫狀態(tài)下常用結(jié)構(gòu)型式的閥座進(jìn)行了低溫試驗(yàn)， 在分析試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了滿足大口徑低溫球閥使用要求的閥座結(jié)構(gòu)型式。

1、常溫狀態(tài)下閥座常用的結(jié)構(gòu)型式

　　常溫狀態(tài)球閥常用的閥座結(jié)構(gòu)型式有剛性閥座、帶彈性元件的閥座、聚四氟乙烯唇式閥座和組合型閥座(彈性脹圈與聚四氟乙烯唇式密封座組合)。唇式閥座的唇形結(jié)構(gòu)具有較好的彈性， 可保證密封面的預(yù)壓縮量并對(duì)密封面的預(yù)壓縮量進(jìn)行補(bǔ)償; 組合型閥座依靠彈性脹圈良好的彈塑性變形能力， 增強(qiáng)閥座的變形能力和補(bǔ)償能力，提高了球閥的密封性。常用密封結(jié)構(gòu)見圖1～圖5。

圖1 剛性閥座　　圖2 唇式閥座

圖3 帶蝶形彈簧的閥座

　　實(shí)際使用中， 選用哪種閥座結(jié)構(gòu)需視球閥的工作壓力范圍、介質(zhì)、工作流程要求等情況確定。

2、閥座低溫試驗(yàn)及結(jié)果分析

　　2.1、低溫試驗(yàn)閥座的結(jié)構(gòu)型式選擇

　　所涉及低溫球閥的工作介質(zhì)一般為液氧、液氮和液氫， 低溫試驗(yàn)閥座的材料需具有介質(zhì)相容性又滿足低溫工作要求。金屬材料一般為不銹鋼或銅、鎳基合金材料;密封材料一般為聚四氟乙烯(PTFE、F4)。在分析的基礎(chǔ)上， 確定選擇3 種閥座作為低溫試驗(yàn)的樣本，即整體式剛性閥座(圖6a)、帶彈性脹圈的組合型閥座(圖6b)、嵌入式剛性閥座(圖6c)。

圖6 閥座結(jié)構(gòu)型式

　　嵌入式剛性閥座是將聚四氟乙烯密封圈以過盈配合嵌入金屬座的溝槽中。金屬座溝槽的內(nèi)圓面有5°的斜角，使得密封圈壓入后單邊局部有0.5mm 的間隙，作為密封圈的收縮空間。

　　2.2、閥座低溫試驗(yàn)

　　1)試驗(yàn)流程

　　閥座低溫試驗(yàn)時(shí)， 將不同結(jié)構(gòu)型式的閥座裝配在DN150 的氣動(dòng)球閥上，分別進(jìn)行低溫介質(zhì)試驗(yàn)，測(cè)試相關(guān)性能。試驗(yàn)參照QJ 2474《低溫球閥通用技術(shù)條件》的規(guī)定，采用通流法試驗(yàn)。試驗(yàn)流程見圖7。

圖7 閥座低溫試驗(yàn)裝置原理圖

3、結(jié)語

　　通過對(duì)三種不同結(jié)構(gòu)的閥座進(jìn)行低溫驗(yàn)證試驗(yàn)，分析認(rèn)為：

　　(1)低溫球閥的閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮限制聚四氟乙烯密封圈的徑向收縮量， 防止球體與閥座的摩擦力過大;在限制密封圈徑向收縮的同時(shí)，還需考慮釋放低溫狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力。

　　(2)閥座聚四氟乙烯密封圈的徑向尺寸，在保證密封比壓不超過許用比壓的前提下應(yīng)盡量減小，且結(jié)構(gòu)型面不宜過于復(fù)雜，壁厚應(yīng)盡量均勻;在結(jié)構(gòu)允許的情況下，密封圈的厚度應(yīng)盡量大，增加抗拉應(yīng)力的能力。

　　(3)在限制聚四氟乙烯密封圈徑向收縮的同時(shí)需考慮釋放其在溫度大范圍變化狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力。