顶装式球阀阀座组件的研究与设计

1 概述

球阀具有操作简单、低流阻等优点，越来越广泛地应用在工业管道系统中。当球阀不能起到截断介质作用时，就需要拆开阀门并对其进行检修。目前在线的阀门大多是通过焊接或法兰连接到管道上的，当需要检修时，若是焊接的阀门就要割断阀门两端的管路；若是法兰连接的阀门一般要更换法兰垫片，所以具有在线维修功能的顶装式球阀需求量越来越大。顶装式球阀类似于闸阀，只要打开阀盖就可以直接对阀门内部零件进行维修和更换，文章就介绍一种能实现在线维修的顶装式球阀，其结构如图1所示。

1.球体；2.螺纹套；3.阀座；4.密封件；5.弹簧；6.阀体

图1

图2 螺纹套组合阀座示意图

2 结构特点

要实现球体等阀门内部零件的顶装，必须在拆装球体时，避开阀座的干涉，图1结构就满足了这个要求，下面对图1结构特点进行探讨。本结构球阀中，螺纹套、阀座、螺钉组成螺纹套组合阀座，通过螺纹套的周向旋转带动阀座一起沿阀体通道轴线方向运动。如此，球体在拆装过程中，使用工具转动螺纹套，使螺纹套组合阀座，旋进和旋出阀体，实现球体、阀座等阀门内部零件的拆卸和安装。该组合阀座结构简单，满足了对球阀在线维护的要求，而且密封效果良好，适合中等口径、高压力的介质工况。该组合阀座的设计需要注意的要点：螺钉尾部直径必须小于与之匹配的阀座上螺钉槽的宽度，这样才能保证阀座与球体贴合的时候，既能实现有效密封，又不会损坏球体和阀座的密封面。

下面详细讨论一下这种球阀的工作原理。本结构顶装式球阀，球体装配前，先把螺纹套、阀座、螺钉装在一起，使三者组成一个整体的组合阀座（如图2），借助工具（如图3）顺时针转动螺纹套，使螺纹套带动组合阀座一起旋入阀体，直到球体能顺利从阀体顶部装入为止。然后移出工具，从阀体顶部装入球体。使用工具，逆时针转动螺纹套，使组合阀座向球体方向运动，当组合阀座密封面与球体密封面贴合之后，再继续让组合阀座逆时针转动一定角度，另外还要保证螺钉处在阀座上部（该操作的目的：（1）螺纹套额外旋转的角度是为了使组合阀座的密封面与球体密封面完全贴紧，这样后续卸螺钉的时候就会很轻松，而且螺钉移除的瞬间，阀座不会向球体方向蹿动。上文提到的阀座上的螺钉槽宽大于螺钉尾部直径，所以旋转螺纹套时阀座也不会磕伤球面。（2）螺钉处在阀座上部是为拆卸螺钉提供足够空间，螺钉作为工艺螺钉，只在安装和拆卸球体时使用）。移除工具，取出螺钉。这样螺纹套和阀座分离，形成两个相互独立的零件，利于阀座的在通道轴线方向自由移动，而且若螺钉留在螺纹套上，则可能会在工作过程中自松掉落，该组合阀座的结构对管道介质波动的工况适应能力很强，特别适合中等口径、高温高压、硬密封要求的球阀，满足球阀在线维修的要求，而且结构简单、操作方便。

图3 阀门所采用的工具示意图

拆卸过程是安装的反向操作过程，即在线移去相关零件，使球体和阀座暴露出来，旋转螺纹套，使螺钉能方便的旋入阀座槽；拧入螺钉后，用工具顺时针转动螺纹套，使组合阀座旋入阀体，直到球体能方便的移出阀体，移除工具后取出球体，逆时针转动螺纹套，使阀座组件移除阀体，对阀门零件进行检修。

图4 在线维修示意图

3 结束语

文章对螺纹套组合阀座顶装式球阀的在线维修结构进行了研究，并对该结构的设计要点进行了分析，该结构阀门已获得国家实用新型，这种组合阀座的的顶装式球阀结构简单、操作方便，满足了在线维修的需要。