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BQ型双偏心半球阀设计



作 者：杨淑平 王喜庭 河南黑马实业有限公司
摘 要：介绍了BQ型双偏心半球阀的结构特点、偏心原理和技术参数。
关键字：BQ型双偏心半球阀 偏心原理 结构特点 技术参数 阀门



1 概述

BQ型双偏心半球阀是为解决“气-固”或“液-固”两相混流介质输送中的技术难题而研制开发的新型阀门。该阀适用于石油、化工、燃气、冶金、电力、钢铁和造纸等行业输送带有沉淀、结垢和结晶析出的介质。该阀密封性好，耐颗粒磨损，耐高温，耐腐蚀，操作灵活，启闭迅速，防火防爆，防静电，使用寿命长。驱动方式为手动、电动或气动，实现了近远距离的控制。该产品已获国家专利，专利号ZL97241180.1。
2 结构特点

BQ型双偏心半球阀（图1）利用偏心-楔紧原理，关闭严紧可靠，密封可达零泄漏。阀门密封副关紧后仍有补偿量，当阀门长期使用，因密封副磨损而影响密封时，可通过调整驱动装置上限位螺钉而使阀瓣向阀座方向做少量移动，使阀门保证关闭严紧和零泄漏。根据输送介质的特性，阀瓣和阀座密封面堆焊Cr-Mn-Si合金，经特殊热处理和精加工等工艺，密封副表面硬度≥55HRC，能承受560℃高温，满足了防腐蚀、耐磨粒磨损、耐冲刷和耐高温等特殊要求。该阀的偏心结构使阀门在启闭过程中，除克服阀瓣与阀座在开启和关闭的瞬间阻力外，其余启闭行程为无阻力的空转状态，并且阀杆只作90o回转，启闭迅速轻便。如DN300mm的阀门，手动启闭一次只需20s。启闭过程中双偏心结构产生的凸轮效应，能自动清除沉积在密封表面上的污垢。从而保证了密封的安全可靠。

图1 双偏心半球阀密封结构

双偏心半球阀内腔无“死区”，不能积存介质，内腔压力不受环境温度变化的影响。该阀属直通式结构，流通面积大，流阻小。特别是全通径半球阀开启后，阀瓣全部进入阀体的藏球腔内，几乎没有流阻，介质压力损失小，可进行扫线检验。
3 设计

BQ型双偏心半球阀利用偏心-楔紧原理，实现自锁定位，使密封可靠。双偏心即阀杆中心与阀门的流道中心有相对径向偏心E，阀门的密封面中心与阀杆中心（即阀瓣的回转中心）有相对轴向偏心e，且E=2e。圆偏心轮及其展开平面上楔形角变化如图2所示。

图2 圆偏心轮及其展开平面上楔角变化

阀门采用强制密封结构。在拧紧中法兰螺栓时，对密封垫片施加压紧力，预紧的垫片受到压缩，密封面上凹凸不平的微隙被填满，这样就为阻止介质泄漏形成了初始密封条件一密封面上形成预紧比压。当介质压力上升和启闭阀门时，密封面上的预紧比压下降，垫片回弹，如果垫片具有足够的能力使密封面上的工作密封比压始终大于介质和启闭比压时，并留有一定的裕量，则密封面保持良好的密封状态。因此，强制密封的必要条件是在介质压力和启闭作用下，密封面上仍能保持一定的残余压紧力，当然，还要受到密封副材质所能承受的最大压力的限制，即许用比压[q]要满足qMF[q]。半球阀形成的密封为球面密封（图3），则

图3 球面密封
q= QMZ/M
QMZ=QMF+QMJ
QMF=qMF（DMW2 — DMN2）（1 + fM/tga）
QMJ=π/4 *（DMN+bm）2 *P
M=sina/[（DMW+DMN）πbm]
式中：
g —— 密封面上的实际比压，MPa
gMF— 密封面上的必需比压，MPa
[q] — 密封面的许用比压，MPa
QMZ—密封面上的总作用力，N
M—— 密封带上的侧表面积，mm2
QMF—作用在密封面上的介质静压力，N
QMJ—密封面上达到必需比压时的作用力，N
bm— 密封带宽度，mm
a ——密封面与球面接触半角，（o）
fM——密封面摩擦因数
P ——介质压力，MPa
DMN—密封面内径，mm
DMW 密封面外径，mm

阀杆与定芯轴的动、静密封结构是确保阀门在结构上无动、静泄漏点，保证了阀门的使用环境安全，这对高温、高压和有害介质的输送尤为重要。半球阀阀瓣的定芯轴采用调整垫与压盖的静密封。不锈钢材质的阀杆采用双层密封结构（图4），由于阀杆仅作90o往复运动，填料磨损小，正常工况下，启闭次数可达0.6～1.0万次。阀杆力矩为：
MF=MQF+MFT+MZC
式中：
MF —— 阀杆力矩，N•mm
MQF — 关闭时的阀杆力矩，N•mm
MFT — 填料与阀杆间的摩擦力矩，N•mm
MZC — 轴承中的摩擦力矩，N•mm

图4 阀杆密封
阀体的壁厚根据ANSI B16.34壁厚的计算公式进行计算，或参考JB/T
7745规定的壁厚数据选取。
4 使用

阀门的密封可靠性直接影响阀门的性能，为了使阀门达到更优越的性能，需要对阀门的结构和材料有特殊要求。阀门用于含剧毒气体、氨、钠、重水或放射性物质等危险性介质时。采用双层填料密封结构。填料采用优质的柔性石墨编织盘根，垫片采用高强度柔性石墨板等来保证密封的可靠性。阀门用于高温、强酸、强碱等强腐蚀的工况，除对阀门内部零件的材质作适当选择外（如阀杆为1Cr18Ni9Ti或2Cr13等），还要采用高强度的螺栓和螺母。阀座密封面根据输送介质的实际工况选用不同的堆焊材料。
5 结语

BQ型双偏心式半球阀采用金属硬密封结构，适用于输送含有固体颗粒的气液两相流介质，已经在石油、化工、燃气、冶金、钢铁、电力等行业使用，受到用户的欢迎。 软密封蝶阀--耐高温蝶阀--消防信号蝶阀--衬氟旋塞阀--紧急关闭阀--内螺纹隔膜阀-衬胶止回阀--静音止回阀--旋启式止回阀--橡胶瓣止回阀--保温阀--不锈钢阀