顶装式整体斜面球阀的结构特性

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目前，国内使用的球阀，大多采用侧装式，此种结构普遍存在
着启闭力矩大，并且因温差及管道安装应力的影响而增加了启闭
力矩或者造成泄漏，大大减少了阀门的使用寿命，无法适应阀门行
业的需要。整体斜面球阀应用高新技术，采用新结构、 新工艺和新
标准，利用功能最为强大的三维设计软件 Pro/Engineer 进行精心
研发，运用套在阀杆上与阀盖之间的高性能压缩弹簧的弹簧力，当
密封副磨损时，弹簧力能自动补偿的原理，完美的技术，大大提升
了阀门在管道中的致密性。独特的顶装式整体结构，外型新颖，性
能优异，达到国内外先进水平。
1 结构特性分析
（1）整体斜面球阀的主要构件（图 1）：整体双斜面式阀体、 球
体、 阀座、 阀杆和压缩弹簧、 阀盖、 填料、 衬圈、 压紧螺母及手柄等。
（2）球阀在使用过程中做开启、 关闭动作时，由于受介质的冲
刷、 腐蚀和积聚，造成密封面不同程度的磨损，导致阀门泄漏严重，
这时采用图 1形式，在压缩弹簧的弹簧力的作用下，双斜面密封面
达到自动补偿，填补了阀座密封性破坏的缺陷，保证了良好的密封
性能，维持了系统的正常运行。
（3）整体楔式上装型结构，无需将阀门从管道上拆下，只要卸
下阀盖即可进行维修或更换零件，提高了工作效率，改善了阀门管
道的使用工况。
（4）阀盖内装有优质 V型填料起密封减磨效应，该填料具有良
好的自密封性能，密封可靠。
2 设计要点
（1）阀体密封面设计成两个双斜面式，以实现自动调整阀座与
阀体、 球体之间的密封性。
（2）根据不同压力管道的使用工况，球阀的密封形式可以是软
密封，亦可是金属密封，软密封阀座镶入金属阀座外圈内，以达到
减少阀座变形的作用，防止介质对阀座的冲刷损坏。同时，金属阀
座内圈又嵌入阀座中，这样，-旦阀座被火烧坏，内、 外金属保护
圈，起到防火效果，符合 API-6D 的规定，阀门中的这-特性又称
防火结构，如图2的软密封形式。软密封的阀座密封圈材料必须选
用优质聚四氟乙烯（PTFE），其具有磨擦系数小，性能稳定，不易老
化和密封性能优良特点。当阀门使用温度达到 425 ℃时，且在特殊
工况及固体颗粒或粉尘等诚下使用时，选用金属密封。 金属密封
阀座底镶入高分子的弹性密封垫，与整体式阀体构成良好的密封
环带，如图 3金属密封形式。
（3）为提高球阀的气密封性效果，球体的过水孔与球心设计为
偏心，偏心角为 5 ，所以球体形成-定的斜面。球体和两密封圈从
阀体顶端装入预先加工出两斜面的阀体内，靠阀体上的两个斜面和
套在阀杆中的压缩弹簧达到密封效果。启闭力矩小，操作方便。
（4）球体、 阀体密封面为斜面，阀体过水孔大端口径为满足 GB
标准，它与阀体中心成 3 ～5 偏斜角。
3 工艺要求
（1）确保阀体与阀座形成良性密封，阀体双斜面形式的密封面
加工，在工艺上要求特高，生产加工中应具有先进水平。它须由法
兰端面作基准，特殊的工装夹具校准阀体正孔面，然后直接由阀门
卧式加工中心 CWK800加工而成。
（2）金属密封时的工艺要求更具有特殊性。当金属密封阀座与
球体构成密封副时，为防止介质的冲刷、 腐蚀和积聚，造成对密封
面不同程度的磨损，导致阀门泄漏严重，这时必须要求密封副镀硬
铬处理，即根据球体不同的材质，分别采用镀铬、 堆焊耐腐蚀层、 等
离子氮化或超音速喷涂金属粒子等表面硬化处理。同时，阀座也要
作相应的特殊工艺处理，在其密封接触面可堆焊司太立合金或堆
焊耐腐蚀层、 等离子氮化，且必须与球体做配对研磨，使其形成不
间断的密封带，从而实现零泄漏。延长了阀门的使用寿命。
4 结语
顶装式整体斜面球阀是-种新型的整体法兰连接球阀，其结
构紧凑，构造美观。球阀的设计制造、 结构长度和法兰连接尺寸标
准以及材料的化学元素和力学性能均按 GB 的规定要求。该阀现
已广泛应用于石油、 化工、 轻工、 建筑、 冶金油品、 水、 腐蚀性流体工
程及铝业氧化铝粉输送工程，球阀的使用寿命比普通球阀长 1～2
倍，具有优越的使用性能。该产品已申报国家专利。
[参考文献]
[1] 洪勉成，陆培文，高凤琴.阀门设计计算手册［M］.北京：中国标准
出版社，1994
[2] 陆培文.实用阀门设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2002
[3] 成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2000
收稿日期： 2010-01-19
作者简介：罗利梅（1965-），女，广东兴宁人，助理工程师，研究方
向：阀门设计研发。
图 1 顶装式整体斜面球阀构造图
1 2
3
4 5
1 2
3 4
球体与阀座密封面镀硬铬处理
高分子弹性密封垫
镶入阀座内
顶装式整体斜面球阀的结构特性 罗利梅
(广东明珠流体机械有限公司，广东 兴宁 514500)
摘 要：介绍顶装式整体斜面球阀的设计要领及其结构型式。
关键词：顶装式整体结构；密封副；弹簧力
1-阀体 2-球体 3-阀座 4-阀杆 5-压缩弹簧
6-阀盖 7-填料 8-衬圈 9-螺母 10-手柄
1-阀体 2-阀座 3-球体
4-金属外圈 5-金属内圈
1-阀体 2-阀座 3-球体
4-弹性密封垫
图 2 软密封形式 图 3 金属密封形式
1 机电信息 2010年第 12期总第 258期