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電動(dòng)球閥的發(fā)展概況與展望
[ 2016-11-28 ]
早在19世紀(jì)80年代美國(guó)就開始設(shè)計(jì)球閥,但是當(dāng)時(shí)缺乏適當(dāng)?shù)拿芊馊Σ牧?限制了球閥的發(fā)展,使它未能成為一種正式工業(yè)產(chǎn)品。直到上世紀(jì)50年代，聚四氟乙烯等彈性密封材料的出現(xiàn)才使球閥的產(chǎn)生與發(fā)展出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)；同時(shí),也由于機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，使球體加工技術(shù)提高,能夠?qū)崿F(xiàn)球體所要求的尺寸精度與表面粗糙度。
目前，電動(dòng)球閥最大公稱通徑已達(dá)3050mm,這是美國(guó)EscherWyss公司為田納西州的一個(gè)泵站所提供的4臺(tái)球閥,用作透平機(jī)出口的切斷閥,設(shè)計(jì)壓力為4.8MPa。球閥的最高工作壓力已達(dá)72MPa,其相應(yīng)溫度高達(dá)1000℃。
由于球閥的以下特點(diǎn)：
(1)流體阻力小球閥一般有縮徑和全通徑兩種結(jié)構(gòu)。無論哪種結(jié)構(gòu),球閥的流阻系數(shù)都比較小。特別是所謂全通道型球閥,由于其通道直徑等于管道內(nèi)徑,局部阻力損失只有同等長(zhǎng)度管道的摩擦阻力,即在所有閥門中,這種球閥的流阻最小。在火箭發(fā)射及其試驗(yàn)系統(tǒng)中,要求輸送管道的阻力越小越好。減少管路系統(tǒng)的阻力有兩個(gè)途徑:一是降低流體流速,為此需要增大管徑和閥門通徑,這對(duì)于管路系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性往在會(huì)產(chǎn)生不利的影響，特別對(duì)低溫輸送系統(tǒng)(液氫等)是極為不利的；一是減小閥門的局部阻力,因此,球閥自然就成了最佳選擇。
(2)開關(guān)迅速、方便由于電動(dòng)球閥在一般情況下只需轉(zhuǎn)動(dòng)90°就完成了全開或全關(guān)動(dòng)作,很容易實(shí)現(xiàn)快速啟閉。
(3)密封性好目前,絕大多數(shù)球閥的閥座都是用聚四氟乙烯等彈性材料制造,金屬與非金屬材料組成的密封副,通常稱為軟密封。一般說來,軟密封的密封性容易保證,而且對(duì)密封表面的加工精度與表面粗糙度要求也不很高。
(4)壽命長(zhǎng)由于聚四氟乙烯(PTFE)有良好的自潤(rùn)滑性,與球體的摩擦磨損小,而且由于球體加工工藝的改進(jìn),使粗糙度降低,從而提高了球閥的使用壽命。據(jù)報(bào)道,美國(guó)W-K-M公司在試驗(yàn)室內(nèi)對(duì)球閥進(jìn)行壽命試驗(yàn),開關(guān)次數(shù)超過l0萬(wàn)次。
(5)可靠性高球閥的可靠性高主要是因?yàn)?①球體與閥座一對(duì)密封副不會(huì)發(fā)生擦傷、急劇磨損等故障;②閥桿設(shè)計(jì)為內(nèi)裝式后,消除了閥桿在流體壓力作用下可能因填料壓蓋松開而飛出的事故隱患;3采用防靜電、耐火結(jié)構(gòu)的球閥,適用于輸送石油、天然氣、煤氣的管線。
(6)閥體內(nèi)通道平整光滑更適于輸送粘性流體,漿液,以及固體顆粒。
使球閥不僅在一般工業(yè)管道得到了廣泛應(yīng)用,而且在核工業(yè)、宇航工業(yè)的液氧與液氫輸送管線上也普遍采用。
全塑料電動(dòng)球閥近年來發(fā)展較快。其耐腐蝕,重量輕,成本低的特點(diǎn)，使其在水道、化學(xué)管道上應(yīng)用越來越廣。大口徑輸油(或天然氣)管線是球閥應(yīng)用的一個(gè)重要方面。公稱通徑范圍：600~1400mm,工作壓力通常為8.OMPa。為了確保安全,一些制造廠商都按管線球閥的使用特點(diǎn)和它所受外界自然條件的影響,進(jìn)行抗地震的彎曲試驗(yàn)、防止火災(zāi)蔓延的試驗(yàn)、耐氣候條件的綜合試驗(yàn)、緊急切斷試驗(yàn)等。為了適應(yīng)高溫工況的需要,近年來還發(fā)展了高溫球閥,它的閥座材料不再是聚四氟乙烯,而是金屬、石墨或碳素纖維等。
我們可以預(yù)料球閥今后將在以下幾個(gè)方面得到更大的發(fā)展：
(1)密封面材料聚四氟乙烯(F-4)作為球閥密封面材料已有多年歷史,但它必定還會(huì)在生產(chǎn)工藝、物理性能(主要是克服冷流性、提高耐壓強(qiáng)度)、耐溫性能方面進(jìn)一步改善,以提高球閥的性能和適用范圍。耐高溫、耐磨、耐腐蝕的低摩擦系數(shù)的金屬或非金屬密封材料將會(huì)不斷被研制出來。
(2)新型結(jié)構(gòu)球閥將會(huì)不斷涌現(xiàn)其目的主要在于提高壽命、密封可靠性和改善加工工藝性。各種彈性閥座的球閥將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。
(3)全塑料電動(dòng)球閥會(huì)有很大的發(fā)展在新型塑料的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)與注塑工藝性等方面的發(fā)展將會(huì)使塑料球閥的通徑、適用工作溫度與壓力范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。
(4)長(zhǎng)輸管線球閥會(huì)在遙控、自控、工作可靠性、壽命諸方面得到提高,它們的需要量也會(huì)增加。還會(huì)從輸油(氣)管線用的球閥發(fā)展到輸送漿液、固體介質(zhì)的長(zhǎng)輸管線用的球閥。
我們相信隨著材料和加工工藝的不斷發(fā)展，電動(dòng)球閥將具有更多突出的優(yōu)點(diǎn),而更加廣泛的應(yīng)用和受到人們的歡迎。
目前，電動(dòng)球閥最大公稱通徑已達(dá)3050mm,這是美國(guó)EscherWyss公司為田納西州的一個(gè)泵站所提供的4臺(tái)球閥,用作透平機(jī)出口的切斷閥,設(shè)計(jì)壓力為4.8MPa。球閥的最高工作壓力已達(dá)72MPa,其相應(yīng)溫度高達(dá)1000℃。
由于球閥的以下特點(diǎn)：
(1)流體阻力小球閥一般有縮徑和全通徑兩種結(jié)構(gòu)。無論哪種結(jié)構(gòu),球閥的流阻系數(shù)都比較小。特別是所謂全通道型球閥,由于其通道直徑等于管道內(nèi)徑,局部阻力損失只有同等長(zhǎng)度管道的摩擦阻力,即在所有閥門中,這種球閥的流阻最小。在火箭發(fā)射及其試驗(yàn)系統(tǒng)中,要求輸送管道的阻力越小越好。減少管路系統(tǒng)的阻力有兩個(gè)途徑:一是降低流體流速,為此需要增大管徑和閥門通徑,這對(duì)于管路系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性往在會(huì)產(chǎn)生不利的影響，特別對(duì)低溫輸送系統(tǒng)(液氫等)是極為不利的；一是減小閥門的局部阻力,因此,球閥自然就成了最佳選擇。
(2)開關(guān)迅速、方便由于電動(dòng)球閥在一般情況下只需轉(zhuǎn)動(dòng)90°就完成了全開或全關(guān)動(dòng)作,很容易實(shí)現(xiàn)快速啟閉。
(3)密封性好目前,絕大多數(shù)球閥的閥座都是用聚四氟乙烯等彈性材料制造,金屬與非金屬材料組成的密封副,通常稱為軟密封。一般說來,軟密封的密封性容易保證,而且對(duì)密封表面的加工精度與表面粗糙度要求也不很高。
(4)壽命長(zhǎng)由于聚四氟乙烯(PTFE)有良好的自潤(rùn)滑性,與球體的摩擦磨損小,而且由于球體加工工藝的改進(jìn),使粗糙度降低,從而提高了球閥的使用壽命。據(jù)報(bào)道,美國(guó)W-K-M公司在試驗(yàn)室內(nèi)對(duì)球閥進(jìn)行壽命試驗(yàn),開關(guān)次數(shù)超過l0萬(wàn)次。
(5)可靠性高球閥的可靠性高主要是因?yàn)?①球體與閥座一對(duì)密封副不會(huì)發(fā)生擦傷、急劇磨損等故障;②閥桿設(shè)計(jì)為內(nèi)裝式后,消除了閥桿在流體壓力作用下可能因填料壓蓋松開而飛出的事故隱患;3采用防靜電、耐火結(jié)構(gòu)的球閥,適用于輸送石油、天然氣、煤氣的管線。
(6)閥體內(nèi)通道平整光滑更適于輸送粘性流體,漿液,以及固體顆粒。
使球閥不僅在一般工業(yè)管道得到了廣泛應(yīng)用,而且在核工業(yè)、宇航工業(yè)的液氧與液氫輸送管線上也普遍采用。
全塑料電動(dòng)球閥近年來發(fā)展較快。其耐腐蝕,重量輕,成本低的特點(diǎn)，使其在水道、化學(xué)管道上應(yīng)用越來越廣。大口徑輸油(或天然氣)管線是球閥應(yīng)用的一個(gè)重要方面。公稱通徑范圍：600~1400mm,工作壓力通常為8.OMPa。為了確保安全,一些制造廠商都按管線球閥的使用特點(diǎn)和它所受外界自然條件的影響,進(jìn)行抗地震的彎曲試驗(yàn)、防止火災(zāi)蔓延的試驗(yàn)、耐氣候條件的綜合試驗(yàn)、緊急切斷試驗(yàn)等。為了適應(yīng)高溫工況的需要,近年來還發(fā)展了高溫球閥,它的閥座材料不再是聚四氟乙烯,而是金屬、石墨或碳素纖維等。
我們可以預(yù)料球閥今后將在以下幾個(gè)方面得到更大的發(fā)展：
(1)密封面材料聚四氟乙烯(F-4)作為球閥密封面材料已有多年歷史,但它必定還會(huì)在生產(chǎn)工藝、物理性能(主要是克服冷流性、提高耐壓強(qiáng)度)、耐溫性能方面進(jìn)一步改善,以提高球閥的性能和適用范圍。耐高溫、耐磨、耐腐蝕的低摩擦系數(shù)的金屬或非金屬密封材料將會(huì)不斷被研制出來。
(2)新型結(jié)構(gòu)球閥將會(huì)不斷涌現(xiàn)其目的主要在于提高壽命、密封可靠性和改善加工工藝性。各種彈性閥座的球閥將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。
(3)全塑料電動(dòng)球閥會(huì)有很大的發(fā)展在新型塑料的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)與注塑工藝性等方面的發(fā)展將會(huì)使塑料球閥的通徑、適用工作溫度與壓力范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。
(4)長(zhǎng)輸管線球閥會(huì)在遙控、自控、工作可靠性、壽命諸方面得到提高,它們的需要量也會(huì)增加。還會(huì)從輸油(氣)管線用的球閥發(fā)展到輸送漿液、固體介質(zhì)的長(zhǎng)輸管線用的球閥。
我們相信隨著材料和加工工藝的不斷發(fā)展，電動(dòng)球閥將具有更多突出的優(yōu)點(diǎn),而更加廣泛的應(yīng)用和受到人們的歡迎。
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