全焊接球阀球体与阀杆一体化设计与分析

  球阀、全焊接球阀阀门是流体管路的控制装置，其基本功能是接通或切断管路介质的流通，改变介质的流动方向，调节介质的压力和流量，保护管路设备的正常运行。随着现代工业的不断发展，阀门需求量不断增长。一幢现代高楼需要大量的阀门，一个现代化的石油化工装置就需要上万只各式各样的阀门。

  球阀、全焊接球阀是20世纪50年代问世的一种新型阀门，具有外型尺寸小、质量较轻、密封性好、流体阻力小、开关迅速方便、便于气控和电控、使用寿命长、安全可靠性高、维修方便等优点而受到广泛的欢迎，因此在各行各业的管道上被广泛采用。很多单位和机构开始研究高质量的球阀，无论从阀体、球体、阀杆、球座、密封元件、驱动装置等，都得到了很大程度的发展。随着球阀的广泛使用，对其设计提出了更高的要求，本文就球体与阀杆一体化方面进行合理的设计与分析，使球阀的部分性能得到了优化，使之能更加安全，稳定的工作。

 

球阀、全焊接球阀存在问题

 

  现在普遍使用的球阀、全焊接球阀大都是球体与阀杆是两个独立的零件。通过连接处的间隙配合，使之达到开启闭合的效果，这样的连接形式，使用时间久了就会转动不准确，带来很大的危害。例如在煤制油、油改煤以及煤气化等煤化工系统处于介质（煤渣）高硬度、高压力及高温度的工况下，阀门应具有耐磨、耐冲刷及快速切断等功能。阀门启闭频繁且速度快（30min动作一次，5～10s/次），在这种情况下阀门的转动必须准确，否则会对密封性、使用寿命、流量和流速有严重的影响。

  对球阀、全焊接球阀来说，阀杆与球体接触部位应力过大，很容易引起硬化层的剥落，从而使转动精度降低。例如，本来是阀杆旋转90°而终止，由于硬化层的脱落，结果球体有可能旋转了88°，这样会带来一定的阻力，会使阀门的寿命大大缩短，而且硬化层的脱落会导致密封失效。

 

当启闭阀门时，阀杆与球体的作用部位就会形成比压，由于阀杆与球体之间的连接是间隙配合，导致在接触面上的比压分布也是不均匀的（图2），越靠近阀杆的边缘部分挤压应力δzy越大，这样造成边缘部分因应力过大而提前使表面层脱落。相比之下，中间部分所受到的应力会相应减少。

 

 

由于存在应力分布不均匀现象，会对阀门的使用寿命造成一定的影响。

 

在特定的环境中，阀杆有冲出体外的可能。阀杆冲出体外，导致阀杆的转动不能带动球体的转动，这样就不能使球阀进行正常的工作，严重时会造成重大事故。对于上述这些情况，把球体与阀杆做成一个整体，使阀杆球体一体化，就会避免这种因间隙配合引起的种种失效，同时也不会使阀杆冲出体外。