1 概述
导向槽式升降杆球阀以开关迅速，无摩擦，启闭力矩小，关闭时对密封面施加预紧力，密封安全可靠等优良特性而广泛应用在石油、化工、采油、炼油、钢铁、火电和核电阀门等工业领域。
2 结构特点
导向槽式升降杆球阀（图1）由阀体、球体、阀座、球销、阀盖和阀杆等组成。球阀在开启瞬间球体密封面脱离阀座密封面，然后回转90°完成开启，密封面间没有摩擦，开启力矩小。球阀关闭时，由于球体和阀座密封面有很小的间隙，回转90°后，球体向阀座有微小的滚动，球体密封面压向阀座密封面施加预紧力，整个关闭过程中球阀密封面间没有摩擦。由于球阀密封面间摩擦力很小，密封面使用寿命长。球阀在启闭回转过程中，可将介质中的硬颗粒甩掉，因此适合有颗粒的介质。球阀的阀杆采用17－7PH沉淀硬化不锈钢，球销和导向销采用美国440新材料，阀杆、球销和导向销采用真空淬火后，进行了表面硬化处理，以提高球阀的使用寿命。
3 结构改进
3.1 硬密封阀座受力分析
导向槽式升降杆球阀硬密封阀座（图2）密封比压q为
图3 弹性密封阀座
式中 q——密封比压，MPa
QM——密封面上总作用力，N
p——公称压力，MPa
R——球体半径，mm
h——密封面高度，mm
d——密封面接触中径，mm
bM——密封面宽度，mm
α——球体和阀座密封点与通道夹角，（°）
qMF——密封面上必须密封比压，MPa
QMJ——密封面上介质作用力，N
QMF——密封面上密封实际作用力，N
以1500CL－4in．导向槽式升降杆球阀为例，球体堆焊钴基硬质合金，阀座为1Cr13，实际密封比压q=124MPa，qMF=90MPa，许用比压［σ］=150MPa，满足公式qMF＜q＜［σ］。由于球阀密封是刚性密封，要达到密封要求，球体硬密封球面圆度偏差要小于0.005mm。阀座密封面要求对研，须精度高。由于球阀关闭时球体与阀座有一个小角度的水平滚动，滚动角为1°～3°，对加工误差要求很高。磨损后，不能补偿，滚动角变大，易泄漏。
3.2 弹性阀座受力分析
鉴于刚性密封关闭力矩大，密封寿命短的现状，将其改为弹性密封阀座（图3），弹性阀座由外环和内环过盈配合组成，用油压机将外环和内环压合成一体。外环和内环密封面结合处要求有缝隙δ，δ=0.7～0.9mm。A和B为双重密封口，外环和内环压合成一体后，保存一定空间，截面积约15mm2。此空间容纳带压介质，利于密封。介质正向流动，内环B处密封为副密封带，介质进入阀座空间后，外环A处为主密封带。介质反向流动，A为副密封口，B为主密封口。将B密封口简化成固定端简支梁。阀座材质为17－7PH沉淀硬化不锈钢，强度足够大，根据材料力学进行弯曲刚度变形计算，B处受球体推力F作用，计算梁的变形量，即转角θ和挠度ω（图4）。
任一横截面上的弯矩M为
M=－F（L－x）
由式（5）得
EJω″=M=－F（L－x）
积分得
在固定端A，转角和挠度均等于0。即当X=0时，θA=0，ωA=0。把边界条件代入式（6）和式（7），得
将所得积分常数C和D代入式（6）和式（7），得转角方程和挠曲线方程为
以截面B的横坐标x=L代入式（10）和式（11），得截面B的转角和挠度分别为
以1500CL－4in．轨道球阀为例，将E、J、L代入式（12）和式（13），得
［θ］为*大许用变形量1×10－4rad，［f］*大许用变形量0.005mm。
4 结语
导向槽式升降杆球阀阀座改成弹性密封阀座后，关闭和开启力矩比刚性密封阀座减小40%，密封性能好，可达零泄漏，使用寿命增加，易于在线维修。
参考文献
〔1〕陆培文．阀门设计入门与精通〔M〕．北京：机械工业出版社，2009．
〔2〕陆培文．阀门制造工艺入门与精通〔M〕．北京：机械工业出版社，2010．
〔3〕沈阳阀门研究所．阀门制造工艺〔M〕．北京：机械工业出版社，1984．
〔4〕沈阳阀门研究所．阀门设计〔M〕．北京：机械工业出版社，1976．
〔5〕刘鸿文．材料力学〔M〕．北京：高等教育出版社，2005．
〔6〕范钦珊．材料力学〔M〕．北京：清华大学出版社，2004．
