球阀 （每日一题）双活塞效应结构与密封原理分析

张家顺赖康

一、球阀密封原理剖析

阀门通常由静止件（铸件）与关掉件（立方体）两部份组成，通过关掉件（立方体）绕阀门中心线作90º旋转来开启、关闭球阀。阀门可分为固定轴式和浮动轴式联轴器两种，我们这儿主要讨论固定轴式联轴器的结构及其密封原理。

阀门对二氧化碳介质的密封是靠立方体与垫圈密封圈密切结合产生的软密封实现的。垫圈密封原理随壳体结构不同而各有差别，主要可分为双活塞效应（DPE）和下游自泄放(SR)两种。

下游自泄放设计阀门现主要适于液体管路，所以本文主要针对在氢气管线中应用较广的双活塞效应（DPE）设计阀门进行剖析。

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双活塞效应(DPE)喷嘴结构与密封原理剖析

在以下双活塞效应(DPE)密封结构示意图中，各斥力均描述如下：

FF—阀座弹簧弹力F△A—干线/阀腔压力对导轮作用合

FR—阀座所受合力A—合力作用面积

由附图2.1与附图2.2可见，以双活塞效应结构(DPE)喷嘴为受力剖析对象，干线压力与阀腔压力对壳体的斥力FR=FF+F△A，所受合力FR方向一直对准喷嘴，即干线与阀腔压力均使喷嘴密封圈向立方体压紧，依然实现阀门汽缸良好密封。

附图2.1(DPE)结构及密封原理示意图(干线压力对导轮斥力)

附图2.2(DPE)结构及密封原理示意图(阀腔压力对导轮斥力)

阀门两个汽缸均选用双活塞效应喷嘴结构设计，即为双活塞效应(DPE)结构设计，它还能确保阀门两个汽缸同时实现良好密封。对GroveB-5这类立方体带有平衡孔的阀门而言，双活塞效应密封结构是必备的标准设计方式。鉴于双活塞效应结构的良好密封表现，现今，许多管件生产制造商都开始广泛使用类似于双密封的阀门设计结构。

在实际生产中，因为对DPE阀门维护不当或个别的DPE阀门设计尺寸或选定的密封圈材料不当，而这种DPE优良的密封设计支持下成为了引发阀门打滑主要成因之一。

二、球阀打滑故障判定与排除

阀门打滑故障判定及排除步骤图

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阀门打滑故障主要成因及辨别方式：

方法1：须首先打开传动蜗杆箱判定是否由传动蜗杆箱内发生严重磨损、轴承损毁或存在异物卡阻，造成管件未能正常操作。若判断非此病因则踏入下边方法。

方法2：对阀门进行排污操作，若阀腔内有气压，则可初步判定打滑成因为密封座卡阻。密封喷嘴正常应有0.003英寸的纵向联通空间,若注入的密封脂硬化、污物杂质卡入汽缸空隙、或密封座弹簧工作不正常均可导致密封座卡阻、球阀打滑。

方法3：对阀门排污球阀，若腔内无气压，则判定为由阀腔与干线压差过大造成阀门打滑。阀腔与干线压差过大时，密封座压紧球面，操作转速过大，阀门打滑未能正常操作。

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阀门打滑故障的排除：

按照阀门密封原理、故障成因剖析及阀门打滑故障实地成功排除经验，小结打滑故障排除方式如下：

（1）传动蜗杆箱故障：作为防治性维护，须每年定期打开蜗杆箱，检测箱内传动机构润滑、防锈及部件完好状况，清除箱内废水、异物，并更换补充新鲜奶油，若联轴器等部件破损须及时更换，以确保传动机构工作状态良好，球阀操作顺畅。

（2）密封座卡阻故障：首先注入擦洗液熬煮（熬煮时间可依照球阀注脂状况而定）、再经排污排出秽物杂质，去除密封座卡阻；若经反复擦洗、排污，球阀仍未能正常操作球阀，可判定为密封座弹簧等部份异常，须拆装解体管件进行检修。

（3）阀腔与干线压差过大：通常首先注入擦洗液煮沸后排污，清洗去密封面原有密封脂，若管件原本存在一定量内漏，则可实现阀腔与干线压力平衡；若故障仍存在，则考虑根据图3.1所示制做排污咀注气装置连结到阀门排污咀平衡阀腔与干线压差，去除打滑故障。这套平压装置结构简略便于制做，且疗效显著，运用该套装置已成功解决我公司如塘沽站某厂12〞球阀等其他多起管件打滑故障。如图3.1机加连结件一端为快装接头，一端为配合排污咀插口尺寸的螺扣，建议安装工程师按照常见管件排污咀插口型号制做一组机加连结件随时备用。

图3.1排污咀注气装置示意图

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野蛮操作的害处性：

对未能正常操作的球阀野蛮操作就能造成：

（1）球阀传动蜗杆箱受力过大，导致箱体断裂或箱内蜗杆等部件形变、损坏；

（2）对密封球面导致严重凹痕，致使球阀严重内漏，并且报废；

（3）加力杆破裂或多人同时操作造成操作人员人身伤害。

为防止引起设备外伤、人员伤害和经济损失，阀门未能正常操作时避免采取使用加力杆或多人操作等野蛮模式操作！须认真剖析故障成因后妥善处理、排除故障。

三、结束语

为防治球阀打滑故障发生，提升天然食道道在用阀门的靠谱性、延长球阀使用寿命，特提出如下建议和防治性维护举措：

1、改进排污咀安装方法：普通球阀的排污咀是直接安装到阀门插口上的，因为球阀或许存在内漏，当排污咀出现故障或还要向阀腔注气平压时，应当拆装排污咀进行修理，漏入阀腔的高压介质将或许对修理作业人员带给危险。因而建议干线阀门排污咀安装推广两阀组设计方法，在排污咀前改装两个控制阀与阀门相通，控制阀后安装排污咀，以减少相关维护、检修作业的便利性与安全性。另外两阀组排污咀安装方法还可实现大口径排放，以提高渐开排污咀时形成截流冰堵的风险。如右图4.1所示。

图4.1干线阀门两阀组排污咀安装示意图

2、预防性维护：按照球阀维护及运行情况，适时过量注入新鲜润滑脂，避免润滑脂或密封脂硬化导致卡阻；定期全开/关球阀几次，因为生产等诱因不能全开/关的闸阀，起码要定期的活动10°至15°，重复活动几次能与全开/关管件起到近乎同等的疗效，能有效避免传动机构磨损和管件打滑故障的发生。

3、定期打开传动蜗杆箱检测箱内传动机构润滑、防锈及部件完好状况，清除箱内废水、异物，更换补充新鲜奶油，若轴套等部件破损须及时更换，增加传动机构故障率。

3、作好排污记录，从而剖析输食道内天然气性感和确定排污周期。

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