概述

　　彈性金屬硬密封偏心半球閥可廣泛應用于石油、化工、電力和造紙等行業中，尤其在兩相流介質中更加凸顯了半球閥的優勢。本文主要對新結構的偏心彈性半球閥進行分析和論述。

結構及原理

　　彈性金屬硬密封偏心半球閥主要由閥體( 一體式鑄造而成) 、U 形圈、偏心半球球體、端蓋和閥桿等部件組成( 圖1) 。由于球體密封面中心與閥體中心在軸向和徑向上存在偏心量，可以保證閥門開啟和關閉時球體能夠瞬間脫離U 形圈，減小了摩擦力，降低了開閥力矩。U 形圈具有的彈性，即便在高溫下，仍可以自動補償高溫蠕變，有效的達到密封要求。球體表面噴焊鎳基合金粉末或進行特殊的硬化處理，增強了其耐磨性和抗沖擊能力，提高了閥門的使用壽命。

1. 壓蓋2. 填料3. 防飛環4. 閥桿5. 端蓋6. U 形圈7. 球體8. 閥體9. 調整墊片10. 底蓋

圖1 彈性金屬硬密封偏心半球閥

偏心效應

　　半球體利用開啟和關閉時角位移的變化改變軸向位移的變化，且角位移和軸向位移成線性比例關系，其運動路線是半拋物線軌跡。如球體運動角度為θ，運動軌跡為y = A( sinθ) 2 + Bsinθ + C，( A、B 和C 為常數，A ＜ 0) 。因此，合理的選擇偏心量，球體能夠在數秒內脫離和接觸閥座。按照運動軌跡分析，半球體由最低點到最高點的運動軌跡中，能夠自動楔緊閥座，U 形閥座也依靠材料的彈性模量自動產生預緊力，達到越關越緊的效果( 圖2) 。

a) 閥門處于關閉狀態(b) 10°開閥狀態(c) 45°開閥狀態(d) 90°開閥狀態

圖2 閥門開啟過程

受力分析

　　在復雜的變載荷下，U 形圈承受介質的靜壓力和半球的壓緊力，同時提供密封預緊力，在高溫下還要保證一定的彈性。因此采用Solidworks 受力分析軟件模擬U 形圈在工況下的受力情況，并驗證其可靠性( 圖3) 。通過軟件模擬受力分析可知，U 形圈在工況中邊緣變形比較大，因此在設計時應考慮其強度要求，保證其在合理的安全系數范圍內。

結語

　　通過設計計算校核和實際運用，新型金屬硬密封偏心半球閥滿足工況要求，而且成本低，結構簡單，性能可靠。