球阀、双偏心球阀和三偏心球阀结构及密封原理分析

1、普通球阀

普通球阀在全关、半开和全开[图1(a)、图1(b)和图2(a)]，球和阀座密封面一直接触，存在摩擦。

图1 普通球阀2种工作状态

2、双偏心球阀[见图2(b)、图3]

图2 普通球阀与双偏心球阀比较

图3 双偏心球阀2种工作状态

(1)双偏心全关[图2(b)]。球体回转时，由于存在a和b偏心距，球体密封面相对于原几何中心有一个偏移，回转中心到阀座密封面的距离因位置不同而不同，出现长短半径，即R1≥R2。

(2)双偏心开启[(图3(a)]。当球体旋转开至一定角度时，因长短半径原因产生凸轮效应，此时球体与阀座开始脱离，球体与阀座无摩擦转动。

(3)双偏心全开[(图3(b)]。当球体旋转开至90时，球体与阀座完全脱离，球体与阀座无任何摩擦，球体通道与阀体通道直通。为保证两个通道中心重合，要求两个偏心相等即a=b。此时旋转中心到球心连线与通道中心的夹角恰好45°，由此产生了双偏心球阀的一个特殊问题。由于双偏心球阀的两个偏心考虑结构的需要必须相等，当长半径R1通过球心并恰好落在密封球面区域内，此时R1与密封球面相切，在切点附近就会出现较大范围的滑动摩擦，使球阀出现局部摩擦加剧，加速磨损。由于球阀最佳密封区域一般在R1与通道中心的夹角为45°的位置。双偏心球阀在试验或使用过程中经常会在这个位置出现划伤。

3、三偏心球阀

三偏心金属密封球阀是在双偏心金属密封球阀的基础上增加了一个偏心。其结构三维模型见图4。有球面密封和锥面密封三偏心球阀两种。

图4 密封结构三维模型

球面密封的三偏心球阀的密封环是一个球面，这个球面的球心与双偏心球阀的球心不重合有个第三偏心。这个偏心改变了R1与密封球面的几何关系，致使R1即使通过双偏心球心也不会与密封球面相切，这就克服了双偏心球阀的先天不足。将球面密封圈变为锥面密封圈，就可以得到锥面密封的三偏心球阀。