1 概述

    隨著石油、石油化工、化學(xué)工業(yè)、化纖工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及核工業(yè)的迅猛發(fā)展，波紋管閥門(mén)得到了廣泛的使用。波紋管閥門(mén)主要適用于易燃、易爆和有劇毒的工況以及對(duì)環(huán)境有極為嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。波紋管閥門(mén)在閥桿處實(shí)現(xiàn)了零泄漏，有效地保證了生產(chǎn)和科研的正常進(jìn)行，保證了環(huán)境不受污染和人員不受傷害。

    2 分析

    波紋管閥門(mén)通常有波紋管截止閥和波紋管閘閥。波紋管截止閥閥桿只做升降直線運(yùn)動(dòng)，行程較小，以DN50口徑截止閥為例，行程只有14mm，使用壽命可達(dá)5000次。波紋管閘閥行程較大，DN50口徑為43mm，使用壽命較短，只能達(dá)到2000次。不論閘閥還是截止閥，它們的共同缺點(diǎn)是閥桿軸向尺寸過(guò)大，DN50口徑截止閥閥桿直徑為φ21mm，長(zhǎng)290mm，閘閥閥桿直徑為+22mm，長(zhǎng)為415mm。從力學(xué)角度分析，截止閥的長(zhǎng)徑比為13.8，閘閥長(zhǎng)徑比為18.8。閥桿軸向受力極其不穩(wěn)定，特別是波紋管閥在工況運(yùn)行中，介質(zhì)帶壓的情況下，閥門(mén)關(guān)閉困難。在閥門(mén)設(shè)計(jì)中，一般采用增加徑向尺寸和縮短軸向尺寸的方法，也解決不了波紋管截止閥和閘閥的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。故現(xiàn)行的波紋管閘閥和截止閥經(jīng)常因?yàn)殚y桿過(guò)長(zhǎng)，在運(yùn)行中折彎而使閥門(mén)失效。

    針對(duì)上述波紋管截止閥和閘閥的缺點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)了波紋管球閥。波紋管球閥克服了波紋管截止閥和閘閥閥桿過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)合理、勻稱和穩(wěn)定。波紋管截止閥、閘閥和球閥結(jié)構(gòu)如圖1。波紋管球閥閥桿長(zhǎng)220mm，直徑為25mm，長(zhǎng)徑比為8.8。

    波紋管球閥與波紋管截止閥和閘閥相比有如下的優(yōu)點(diǎn)。

    （1）波紋管球閥具有三級(jí)密封，而波紋管截止閥和閘閥只有二級(jí)密封。

    一級(jí)密封設(shè)在閥桿下端處。采用錐面密封。閥桿與閥蓋處密封長(zhǎng)度為4mm，屬于金屬與金屬的硬密封，且壓力越大密封越好。道密封滲漏量極小，由于密封面光潔度較高，在密封面間形成微小的毛細(xì)管通道，根據(jù)流體力學(xué)理論，流體通過(guò)毛細(xì)管后，沿程壓力損失很大，波紋管內(nèi)的壓力較小，這樣就保護(hù)了波紋管。

    二級(jí)密封為波紋管密封。由于進(jìn)入波紋管的流體通過(guò)道毛細(xì)管式的密封，壓降大大降低，成為穩(wěn)恒的流體。波紋管受流體的壓力不是交變應(yīng)力，而是穩(wěn)恒應(yīng)力，這樣大大改善了波紋管受力工況。

    三級(jí)密封是閥門(mén)通常采用的填料密封。

    （2）波紋管球閥中的波紋管受穩(wěn)恒介質(zhì)流體壓力的情況下，還受關(guān)閉和開(kāi)啟閥門(mén)的驅(qū)動(dòng)力作用。

    由于球閥啟閉運(yùn)動(dòng)只須閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圈，波紋管只受壓力而不受拉力作用，在軸向上受壓且壓縮量為9mm。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波紋管截止閥14mm壓縮量和閘閥43mm的壓縮量。波紋管截止閥和閘閥啟閉閥門(mén)時(shí)，波紋管受壓力和受拉應(yīng)力交替進(jìn)行，材料力學(xué)指出，金屬疲勞破壞主要是由交變應(yīng)力引起的。由于波紋管球閥只受壓應(yīng)力作用，且壓縮量極小，故波紋管球閥使用的壽命*長(zhǎng)，達(dá)到20000次。表1對(duì)波紋管截止閥、閘閥和球閥的波紋管及閥桿參數(shù)進(jìn)行了比較。

表1 800磅級(jí)DN50閘閥、截止閥和球閥的波紋管及閥桿參數(shù)

    3 結(jié)語(yǔ)

    從以上分析可以看到，波紋管球閥壽命是截止閥的4倍，閘閥的10倍以上由于球閥流阻小，啟閉快捷，近年來(lái)隨著硬密封球閥迅速的發(fā)展。波紋管球閥適用于高溫和高壓級(jí)工況，因此可以代替截止閥和閘閥。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動(dòng)化儀表有限公司