固定球閥密封面比(bǐ)壓計算的準确性對閥門結構設計、性能分析和(hé)材料選用等方面影響很大。本文通過對固定(dìng)球閥比壓公式的分析(xī),提出了新的符合實際球閥條件的計算公式。
1、密封原理
固定球閥球體為上下軸固(gù)定,接觸部位安裝滑(huá)動軸承。閥(fá)座安裝在具有活(huó)塞效應的閥座支撐圈内,閥座支撐圈上安裝O形(xíng)圈與閥體(tǐ)密封(圖1)。閥座支撐圈(quān)後(hòu)安裝彈簧提供預緊力使閥座壓(yā)緊球體。閥門關閉,進口端介質力作用于閥座支撐(chēng)圈(quān)外徑DJH與閥座内徑DWN形成的(de)環狀面積上,使其壓緊球體(tǐ),達到密封。
圖(tú)1 球閥密封結構
2、密封比(bǐ)壓計算(suàn)
球閥閥座密封面上的工作比壓q為
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
式中 q———閥座密封面上的工(gōng)作(zuò)比壓,MPa
N———閥座密封圈對球體的法(fǎ)向壓力,N
S———閥座與球(qiú)體(tǐ)接觸的球形環帶面積,mm2
F———進口端閥(fá)座對球體的總作(zuò)用力,N
φ———密封面法向與(yǔ)流道中心的夾(jiá)角,(°)
R———球體半徑,mm
h———閥座與球體接觸面軸向(xiàng)上的投影高(gāo)度,mm
F0———流體壓(yā)力在(zài)閥座密封面上引起的作用力,N
F1———彈簧預緊力,N
P———閥門設計壓力(取(qǔ)公稱壓力PN),MPa
DJH———閥座支撐圈外徑,mm
DMT———閥座密封面流體(tǐ)浸透尺寸,mm
DMW———閥座密封面外徑,mm
DMN———閥座密封面内徑,mm
FMY———閥座密封面對球體必須的(de)預(yù)緊力,N
FMC———閥座(zuò)支撐圈上O形圈與閥體孔(kǒng)間的摩擦力,N
R———球體半徑,mm
h———閥座與(yǔ)球體接觸面軸向上(shàng)的投影高(gāo)度,mm
qmin———閥(fá)座初始密封比壓,MPa
P1———初始壓(yā)力(取大氣壓P1=0.1),MPa
則
(10)
b———O形圈與閥體内(nèi)孔接觸寬度(取O形圈截面半徑的1/3),mm
Z———O形圈數量(為簡化計算取Z=2)
qMY———O形圈密封的必須比壓,MPa
f———橡膠O形圈的摩擦系數(f=0.4)
(11)
為簡化計算(suàn),取O形圈截面直徑(jìng)為5.3mm,O形圈密封與壓力關系較小。取(qǔ)P0=0,則qMY=1.35MPa,FMC=3DJH。計算各式。
整理後得球(qiú)閥密封比(bǐ)壓計算公式
3、計算數據對比
以DN80-PN250C固定球閥為(wéi)例,按照計算公式與本文計算公式的計算結果進行(háng)對比(表1,表2)。
表1 計算結果
表2 對比
通過計算對比,常用球閥密封比壓計算公式在選擇非金屬材料(如尼龍(lóng)、德威龍、钼龍、PEEK等)閥座時(shí)誤差(chà)較大,其主要原因是閥門法向力計(jì)算上出現錯誤(wù)。本文通過對閥座密(mì)封面比壓(yā)重新推理,得出新的公式,其計(jì)算結果可以滿足非金屬閥座(zuò)材料的選擇。