球阀阀座密封结构的改进

(顾玉海 周桂兰)

摘 要：介绍了浮动套筒式软密封和硬密封球阀阀座的结构，分析了阀门在干灰输送管道中工作的失效形式，给出了复合式膨胀型阀座密封结构及阀门的电气控制气动和液动驱动的原理和过程。

关键字：球阀 颗粒介质用阀 阀座 密封 结构

1 概述

在电厂、矿山、冶金和化工等行业带有颗粒灰浆和干灰及腐蚀性介质的管道中，球阀用于介质流量控制和启闭，其阀座密封面的结构形式，直接影响 到阀门的质量和使用寿命。普通球阀的阀座通常采用PTFE材料，在阀门启闭过程中，阀座密封面受到介质颗粒的冲击和磨损，很容易被划伤并无法恢复，阀门的 密封性能被破坏。严重时，阀门启闭困难并失去作用。通过对阀座的密封结构进行改进设计，解决了球阀使用中的内部泄漏问题。

2 分析

球阀阀座通常采用在浮动支架套筒侧面上环形槽内压入PTFE矩形圈的结构，经过精加工装配到阀体中。PTFE具有一定的弹性，对球体表面因 精加工过程中形成的微观不平度具有一定的补偿能力。PTFE阀座密封面的密封可靠。浮动套筒支架上设有O形圈形成浮动阀座。浮动阀座密封面与球体密封面之 间的密封副依靠压力的相互作用形成密封比压（图1）。这种阀座结构的密封性能主要取决于弹簧的压缩量保证其密封比压以及阀座密封面与球体密封面的加工精度。

阀门在启闭过程中，其出口端阀座密封面受到介质对密封面连续不断的冲蚀和撞击，其中的灰渣会嵌入PTFE矩形密封圈内，使密封面变窄或密封 比压升高，密封面受到挤压和擦伤，造成密封失效。阀门进口端密封面同样受到介质连续不断地磨损，擦伤密封面易被挤裂，导致阀门密封失效。在球阀开启时，介 质作用在球体上的推力转移到介质颗粒的速度上，向阀座密封面冲撞和摩擦，使阀座密封面失效。阀座（最先开启的部位）磨损特别严重，使入口端的阀座密封面产 生泄漏，阀体体腔内部形成了介质流，由于介质的流动产生了涡流，所以在体腔内部阀体和球体上形成结垢导致阀门失效（图2）。

图2 阀门涡流现象

球阀应用于干灰（气、固相）系统管道中，因为干灰是具有一定粘性的粉体，还具有渗透性，应用于气、固相粉体输送管道中的球阀，阀门阀座密封 面采用金属密封（图3）。启闭过程中，硬密封面能将球体密封面上的干灰和固体颗粒拨离球体密封面，因此硬密封阀座具有清洁球体密封面的功能。由于密封面在 加工过程中，产生尺寸公差和形位公差形成密封面的微观不平度，硬密封面对微观不平度不能进行有效地补偿。阀门球体密封面和阀座密封面受到介质的作用力推动 干灰从密封面的一侧，向密封面的另一侧渗透，阀座密封面和球体密封面受到磨损。在阀座密封面和阀体密封面，特别是在阀体上形成沿密封面宽度（球体通径）由 浅变深，由宽变窄的风沟，使阀体通透造成介质外漏（图4）。

图3 普通硬密封阀座

图4 风沟