球閥、雙偏心球閥和三偏心球閥結(jié)構(gòu)及密封原理分析

1、普通球閥

普通球閥在全關(guān)、半開(kāi)和全開(kāi)[圖1(a)、圖1(b)和圖2(a)]，球和閥座密封面一直接觸，存在摩擦。

圖1 普通球閥2種工作狀態(tài)

2、雙偏心球閥[見(jiàn)圖2(b)、圖3]

圖2 普通球閥與雙偏心球閥比較

圖3 雙偏心球閥2種工作狀態(tài)

(1)雙偏心全關(guān)[圖2(b)]。球體回轉(zhuǎn)時(shí)，由于存在a和b偏心距，球體密封面相對(duì)于原幾何中心有一個(gè)偏移，回轉(zhuǎn)中心到閥座密封面的距離因位置不同而不同，出現(xiàn)長(zhǎng)短半徑，即R1≥R2。

(2)雙偏心開(kāi)啟[(圖3(a)]。當(dāng)球體旋轉(zhuǎn)開(kāi)至一定角度時(shí)，因長(zhǎng)短半徑原因產(chǎn)生凸輪效應(yīng)，此時(shí)球體與閥座開(kāi)始脫離，球體與閥座無(wú)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)。

(3)雙偏心全開(kāi)[(圖3(b)]。當(dāng)球體旋轉(zhuǎn)開(kāi)至90時(shí)，球體與閥座完全脫離，球體與閥座無(wú)任何摩擦，球體通道與閥體通道直通。為保證兩個(gè)通道中心重合，要求兩個(gè)偏心相等即a=b。此時(shí)旋轉(zhuǎn)中心到球心連線與通道中心的夾角恰好45°，由此產(chǎn)生了雙偏心球閥的一個(gè)特殊問(wèn)題。由于雙偏心球閥的兩個(gè)偏心考慮結(jié)構(gòu)的需要必須相等，當(dāng)長(zhǎng)半徑R1通過(guò)球心并恰好落在密封球面區(qū)域內(nèi)，此時(shí)R1與密封球面相切，在切點(diǎn)附近就會(huì)出現(xiàn)較大范圍的滑動(dòng)摩擦，使球閥出現(xiàn)局部摩擦加劇，加速磨損。由于球閥最佳密封區(qū)域一般在R1與通道中心的夾角為45°的位置。雙偏心球閥在試驗(yàn)或使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)在這個(gè)位置出現(xiàn)劃傷。

3、三偏心球閥

三偏心金屬密封球閥是在雙偏心金屬密封球閥的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)偏心。其結(jié)構(gòu)三維模型見(jiàn)圖4。有球面密封和錐面密封三偏心球閥兩種。

圖4 密封結(jié)構(gòu)三維模型

球面密封的三偏心球閥的密封環(huán)是一個(gè)球面，這個(gè)球面的球心與雙偏心球閥的球心不重合有個(gè)第三偏心。這個(gè)偏心改變了R1與密封球面的幾何關(guān)系，致使R1即使通過(guò)雙偏心球心也不會(huì)與密封球面相切，這就克服了雙偏心球閥的先天不足。將球面密封圈變?yōu)殄F面密封圈，就可以得到錐面密封的三偏心球閥。