波纹管球阀的研究

1、波纹管球阀的研究 1 概述 随着石油、石油化工、化学工业、化纤工业、医药工业及核工业的迅猛发展，波纹管阀门得到了广泛的使用。波纹管阀门主要适用于易燃、易爆和有剧毒的工况以及对环境有极为严格要求的场合。波纹管阀门在阀杆处实现了零泄漏，有效地保证了生产和科研的正常进行，保证了环境不受污染和人员不受伤害。 2 分析 波纹管阀门通常有波纹管截止阀和波纹管闸阀。波纹管截止阀阀杆只做升降直线运动，行程较小，以DN50口径截止阀为例，行程只有14mm，使用寿命可达5000次。波纹管闸阀行程较大，DN50口径为43mm，使用寿命较短，只能达到2000次。不论闸阀还是截止阀，它们的共同缺点是阀杆轴向尺寸过大，D

2、N50口径截止阀阀杆直径为21mm，长290mm，闸阀阀杆直径为+22mm，长为415mm。从力学角度分析，截止阀的长径比为13.8，闸阀长径比为18.8。阀杆轴向受力极其不稳定，特别是波纹管阀在工况运行中，介质带压的情况下，阀门关闭困难。在阀门设计中，一般采用增加径向尺寸和缩短轴向尺寸的方法，也解决不了波纹管截止阀和闸阀的结构问题。故现行的波纹管闸阀和截止阀经常因为阀杆过长，在运行中折弯而使阀门失效。 针对上述波纹管截止阀和闸阀的缺点，研究开发了波纹管球阀。波纹管球阀克服了波纹管截止阀和闸阀阀杆过长的缺点，其结构合理、匀称和稳定。波纹管截止阀、闸阀和球阀结构如图1。波纹管球阀阀杆长220mm

3、，直径为25mm，长径比为8.8。 波纹管球阀与波纹管截止阀和闸阀相比有如下的优点。 (1)波纹管球阀具有三级密封，而波纹管截止阀和闸阀只有二级密封。 一级密封设在阀杆下端处。采用锥面密封。阀杆与阀盖处密封长度为4mm，属于金属与金属的硬密封，且压力越大密封越好。第一道密封渗漏量极小，由于密封面光洁度较高，在密封面间形成微小的毛细管通道，根据流体力学理论，流体通过毛细管后，沿程压力损失很大，波纹管内的压力较小，这样就保护了波纹管。 二级密封为波纹管密封。由于进入波纹管的流体通过第一道毛细管式的密封，压降大大降低，成为稳恒的流体。波纹管受流体的压力不是交变应力，而是稳恒应力，这样大大改善了波纹管

4、受力工况。 三级密封是阀门通常采用的填料密封。 (2)波纹管球阀中的波纹管受稳恒介质流体压力的情况下，还受关闭和开启阀门的驱动力作用。 由于球阀启闭运动只须阀杆转动1/4圈，波纹管只受压力而不受拉力作用，在轴向上受压且最大压缩量为9mm。远远小于波纹管截止阀14mm压缩量和闸阀43mm的压缩量。波纹管截止阀和闸阀启闭阀门时，波纹管受压力和受拉应力交替进行，材料力学指出，金属疲劳破坏主要是由交变应力引起的。由于波纹管球阀只受压应力作用，且压缩量极小，故波纹管球阀使用的寿命最长，达到20000次。表1对波纹管截止阀、闸阀和球阀的波纹管及阀杆参数进行了比较。表1 800磅级DN50闸阀、截止阀和球阀的波纹管及阀杆参数阀门波纹管寿命阀杆长度阀杆长径比波纹管压行程mm波纹管外径/mm波纹管长度mm波纹管长径比波纹管截止阀5000次29013.8143894.62.48波纹管闸阀2000次41518.84338296.77.80波纹管球阀20000次2208.896086.71.45 3 结语 从以上分析可以看到，波纹管球阀寿命是截止