顶装式球阀的研究与设计

顶装式球阀的研究与设计

球阀是流体管道系统中常用的截断类装置，通过控制启闭件的开关来接通或截断管道中的介质。文章介绍了一种顶装式球阀，分析了该阀门的结构和工作原理。

标签：顶装式球阀；结构；工作原理

1 概述

球阀是流体管道系统中常用的截断类装置，通过控制启闭件的开关来接通或截断管道中的介质。球阀的启闭件是个球体，球体绕阀杆轴线作90度旋转，就可以实现阀门的開关，结构简单、启闭迅速、操作方便、流阻小，所以成为工业和民用管道系统里最常用的阀种之一。由于球阀的广泛应用，其检修操作也就成了管道系统的日常保养和维护工作之一。目前管道上使用的球阀大多是球体侧装入阀体的结构，这种侧装球阀的球体被两边的阀座紧紧抱住，使球体在阀杆轴线方向的运动被约束，所以必须要把整个阀门从管道上拆下来才能拿出球体和其他的阀门内部零件。现在很多施工现场要求在线对球阀进行检修操作，即不必把整个球阀从管道上拆下来，就能对其内部零件进行维修和更换。这就要求球阀有在线维修的功能，顶装式球阀就具有该功能。

2 工作原理和结构特点

该顶装式球阀能够实现在管线上更换阀门的内部零件。其内部零件装配示意图见图1。

下面介绍一下该阀门阀内零件的安装、拆卸原理和结构设计中的注意事项。首先把螺纹套、弹簧、阀座、螺钉和弹簧垫片组装在一起，成为一个阀座组件，螺钉穿过螺纹套卡在阀座上的螺钉环槽里，使用工具顺时针或逆时针转动螺纹套，螺纹套就带动阀座组件沿阀体通道轴线方向靠近或远离球体，这样就为拆装球体等阀内零件提供了可能，可以实现球阀的在线维护。该阀座组件除了要满足所有零件的强度要求外，还需注意两点：（1）不论选择何种形式的弹簧

（蝶形弹簧、圆柱弹簧等），弹簧力必须满足阀座密封所需的预紧力要求；（2）阀座上的环槽宽度一定要大于螺钉尾部直径，这样可以防止螺钉干涉阀座与球体的贴合，而影响阀座密封效果。

下面对球体的拆装过程进行详细讨论。

安装内件的过程见示意图4：首先把弹簧、螺纹套、螺钉、弹簧垫片、阀座装配到一起，组成阀座组件，见示意图2，该过程需要注意的是先把弹簧装配在阀座上，再安装螺纹套，拧入螺钉和弹簧垫片，螺钉拧到阀座刚好能自由转动为止，螺钉末端不要顶紧阀座，否则会阻碍螺纹套与阀座的相对转动；阀座组件的

弹簧应处于预紧状态。使用专用工具（如图3）顺时针转动阀座组件，把阀座组件拧进阀体，直到可以装入球体为止，取下专用工具。两个阀座的安装过程都如上所述，这样就完成了阀座的初步安装。然后把球体吊装入阀体，再次用工具逆时针转动阀座组件，使阀座组件逐渐靠近球体，当球面与阀座密封面接触后，再使阀座组件转动一定角度，这样做有两点好处：（1）使螺钉不与阀座的环槽接触，这样阀座在通道轴线方向的运动就不受约束，有利于密封；（2）适度增加了弹簧的变形量，确保供足够的弹簧力，有利于阀座的密封效果。

上述操作的反向过程即为拆卸内件的过程，见示意图4。转动阀座组件，分别让两边的阀座组件远离球体，当球体可以顺利的移出阀体时取出球体，反向转动阀座组件，让两边的阀座组件分别旋出阀体，然后取出两边的阀座组件等阀门内部零件，这样就实现了在线维修。

该结构紧凑可靠，阀座可以选择软密封或者硬密封结构，适合大口径管道、高温度、高压力介质工况。

3 结束语

该上装球阀是把弹簧、阀座等零件整合在了一起，在阀座装入阀体之前就完成了压缩弹簧的过程，这样方便了后续安装和拆卸的操作，该结构阀门已获得国家实用新型专利[2]，该顶装球阀阀内零件在线拆装方便，为球阀的在线维修提供了一种可靠的解决方案。

参考文献

[1]API 6D-2014.石油和天然气工业管线输送系统管线阀门[S].

[2]苏州道森阀门有限公司.螺纹套弹性组合阀座顶装式球阀：中国，ZL2015 2 0002694.2[P].2015.

作者简介：吴浩（1982-），男，江苏苏州，2005年毕业于齐齐哈尔大学机械工程学院机械设计制造及其自动化专业，本科学历，长期从事阀门产品设计工作。