金屬密封三偏心球閥結構特點及應用
13種球閥的結構及其密封原理1.1普通球閥普通球閥在全關、半開和全開，球和閥座密封面一直接觸，存在摩擦。 1.2雙偏心球閥雙偏心球閥2種工作狀態(tài)（1）
1 3種球閥的結構及其密封原理
1.1 普通球閥
普通球閥在全關、半開和全開，球和閥座密封面一直接觸，存在摩擦。
（1）雙偏心全關。球體回轉時，由于存在a和b偏心距，球體密封面相對于原幾何中心有一個偏移，回轉中心到閥座密封面的距離因位置不同而不同，出現(xiàn)長短半徑，即R1≥R2。
（2）雙偏心開啟。當球體旋轉開至一定角度時，因長短半徑原因產(chǎn)生凸輪效應，此時球體與閥座開始脫離，球體與閥座無摩擦轉動。
（3）雙偏心全開。當球體旋轉開至90時，球體與閥座完全脫離，球體與閥座無任何摩擦，球體通道與閥體通道直通。為保證兩個通道中心重合，要求兩個偏心相等即a=b。此時旋轉中心到球心連線與通道中心的夾角恰好45°，由此產(chǎn)生了雙偏心球閥的一個特殊問題。由于雙偏心球閥的兩個偏心考慮結構的需要必須相等，當長半徑R1通過球心并恰好落在密封球面區(qū)域內(nèi)，此時R1與密封球面相切，在切點附近就會出現(xiàn)較大范圍的滑動摩擦，使球閥出現(xiàn)局部摩擦加劇，加速磨損。由于球閥最佳密封區(qū)域一般在R1與通道中心的夾角為45°的位置。雙偏心球閥在試驗或使用過程中經(jīng)常會在這個位置出現(xiàn)劃傷。
1.3 三偏心球閥
三偏心金屬密封球閥是在雙偏心金屬密封球閥的基礎上增加了一個偏心。其結構三維模型見圖4。有球面密封和錐面密封三偏心球閥兩種。球面密封的三偏心球閥的密封環(huán)是一個球面，這個球面的球心與雙偏心球閥的球心不重合有個第三偏心。這個偏心改變了R1與密封球面的幾何關系，致使R1即使通過雙偏心球心也不會與密封球面相切，這就克服了雙偏心球閥的先天不足。將球面密封圈變?yōu)殄F面密封圈，就可以得到錐面密封的三偏心球閥。
2 三偏心球閥的優(yōu)勢
2.1 與普通的軟密封球閥相比
（1）可以適應于更寬的溫度范圍。軟密封球閥受非金屬密封件的耐溫性影響，不能用于溫度太高的情況。而金屬密封則根據(jù)不同的材料可以使用于600℃甚至更高。
（2）可以用于更高的壓力范圍。受非金屬材料耐壓能力和在高壓下的穩(wěn)定性限制，非金屬密封的球閥用于CL600或更低的等級。用于較高壓力等級時，非金屬密封件容易失穩(wěn)而導致閥門失效。而金屬硬密封球閥可用于CL2500級。
（3）可獲得更長使用壽命。非金屬材料與金屬材料相比，容易老化。故在使用一段時間后，因非金屬材料的性能下降而導致閥門密封性能也下降。另一方面，非金屬材料易受損傷。當流體中含有固體顆粒時，非金屬密封件很容易被劃傷，從而導致密封失效或密封性能下降。
2.2 與普通的金屬硬密封球閥相比
（1）固定球設計。普通球閥是浮動球密封，而三偏心球閥全部是固定球設計，而且密封比壓通過自身的扭矩建立，故在如何情況下都是可靠的。
（2）扭矩密封設計。傳統(tǒng)的金屬硬密封固定球球閥，通常都是在閥座后面設置預壓縮彈簧，在彈簧的作用下，使閥座與球體密封面接觸并形成密封比壓。如果彈簧剛度偏小，那么形成的密封比壓也比較小，密封效果差；如果彈簧剛度較大，會加大密封面的磨損，同時增加開關力矩；另一方面，彈簧受介質(zhì)溫度的影響，其剛度往往會隨時間而改變，因此密封效果也會隨時間而改變。而三偏心球閥靠扭矩密封，可形成較大的密封比壓，而且也不會較大的磨損，同時也不受溫度和交變載荷的影響。
（3）單閥座雙向密封性能。在低溫工況下，傳統(tǒng)的金屬硬密封球為能夠釋放閥腔中的介質(zhì)，都采取了復雜的自動泄壓機構或采用開孔的方式。前者增加了閥座的復雜性，后者會因為開孔而使球閥具有方向性。三偏心球閥采用了單閥座，故不存在閥腔壓力釋放的問題。而三偏心結構，使得閥座密封無論在哪個方向都具有良好的密封效果，即具有完全的雙向密封功能。
3 三偏心球閥的設計
3.1 承壓部件的強度和剛度設計
對承壓部件利用有限元分析進行詳細的強度和剛度設計，它包括：（1）閥體的強度和剛度分析。（2）閥座、密封環(huán)的接觸應力和剛度分析。（3）閥桿的強度和剛度分析。
3.2 密封圈和閥座密封面的加工
三偏心球閥，無論是錐面密封還是球面密封，密封圈的加工是關鍵，需要專用的工裝才能進行。密封面的加工精度直接影響閥門的最終性能。
