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1、浅析螺纹连接球阀设计要点（日丰企业集团有限公司）摘要：本文介绍了螺纹连接球阀的典型结构，重点分析了球阀通用件的设计要点，并论述了球阀密封夹角的设计和球阀压紧密封量的设计原则。关键词：通用件的设计、密封夹角、T形柄、压紧密封量球阀是20世纪50年代问世的一种新型阀❷T,具有外型尺寸小、质量较轻、密封性好、流体阻力小、开关迅速方便、便于气控和电控、使用寿命长、安全可靠性高、维修方便等优点而受到广泛的欢迎，因此在各行各业的管道上被广泛采用［1］。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作就能关闭严密,最适宜做开关、切断阀使用
2、。但是如果球阀设计不合理，就会出现阀杆断裂、手柄断裂、启闭卡阻、内漏等问题；因此有必要对球阀设计的要点作进一步的探讨和研究。球阀的类别有很多，按照对外连接形式可以分为法兰球阀、焊接球阀、螺纹连接球阀、卡箍球阀等。这里主要讨论公称通径不大于DN100的螺纹连接球阀的结构设计要点。1、球阀通用件的设计球、阀杆、手柄等球阀通用件的设计优劣，直接影响着球阀的造型、使用性能和操作体验，由优质的通用件构建零件标准库，可以简化新产品开发工作，对项目管理意义重大。(1)球的设计球体的直径大小影响着球阀结构的紧凑性，所以球阀设计时应首先确定球体的大小，即确定球孔直径d和球体
3、直径Do球阀通孔d等于相关标准规定的阀体通道直径。球体直径按D二(1.5-1.9)d计算，对小口径球阀D取相对大值,反之取较小值。为了保证球体表面能完全覆盖阀座密封面,选定球径后，须按下式校核：，应满足D〉Dmin,式中:Dmin球体最小计算直径，D2阀座密封面外径，d球孔直径，D球体实际直径。密封夹角的设计和验算。球阀在关闭过程中，介质刚好被关断时至球阀完全关闭球体旋转所形成的夹角，称为密封夹角A,如图3所示。球阀标准EN13828规定：对于公称通径DN8〜50的球阀，A最小6°；对于公称通径DN65〜100球阀，A最小5°。在确定球体直径后，需对密封夹
4、角进行设计和验算，验算公式：A二90°-arcsin[D3/D]-arccos(L6/D),式中：D球体直径，D3阀座密封面内径，L6球体通孔两端面的距离。球体结构的确定。由于自身重力作用，尤其大规格球体,长期使用后可能出现球体轻微的下移现象，导致球孔中心偏离阀体中心，球阀启闭时密封副圆周受力不均匀，容易磨损。所以，对于直径在40mm以上的球体，通常采用空心铸造结构，以降低球体本身的重量。（2）阀杆的设计球阀借助手柄在阀杆上端施加一定的转矩并传递给球体，使它旋转90°,完成全开或全关的动作[2],可见阀杆承载着力矩传动的作用，在阀杆设计时要着重保证其强度性
5、能。①应尽量保证各断面强度相当，避免出现过份薄弱断面。阀杆主要有两种结构形式。②阀杆凸肩部位的设计。为保证球阀在使用时阀杆不被冲出，阀杆凸肩直径需要大于阀杆直径，且凸肩要有一定的厚度。通常，"d4-dl”=1〜3mm,“d5-d3”=2.5〜6.5mm,Ll=l〜3mm,具体实际数值由球阀规格和结构而定，小规格球阀取较小数值，反之取较大数值。③阀杆插入球体的深度（即“L2-L1”）,设计时既要考虑球体转动的灵活性，又要考虑球体转动的受力均匀性。球阀规格不同，阀杆阀球配合深度也不相同，小规格球阀一般要达到2.5mm以上，大规格球阀可以达到10mm以上。④另外
6、，阀杆的材质、加工工艺对阀杆性能影响也很大。阀杆应尽量选用含铜量高的铜材（如HPb59T、C37700等）或优质不锈钢，经去应力退火处理等，以保证阀杆足够的强度。（3）手柄的设计球阀通过手柄实现启闭动作，手柄的设计直接影响着操作者的体验。球阀在启闭过程中，预紧力始终作用在启闭密封副的摩擦面上，致使球阀启闭力矩大于其他类型的阀门[3]。所以，设计手柄时要充分考虑球阀启闭手感。根据力矩公式MF=F・L,当力矩一定时，力与距离成反比。为了方便球阀启闭，在操作空间允许的条件下，要尽量选择较大的手柄长度和尽量便于握持的手柄高度。手柄按形状主要分一字柄和T形柄，一字柄
7、多为不锈钢材质，用于直通球阀、大规格球阀。一字柄结构简单，这里主要介绍一下T形柄的设计。T形柄一般为锌合金、铝合金材质，多用于角式球阀和公称通径不大于DN25的球阀。首先，T形柄的操作部位面积要大，即图6所示的K面，主要由尺寸L3、L4、hl构成，设计时根据球阀规格需重点优化这部分的尺寸比例。其次，T形柄操作部位外形过渡要圆滑,即Rl、R2两个圆角，尽量避免尖锐棱角。第三，手柄档块长度L5,—部分与阀体档块配合，形成限位，同时剩余一部分高于阀体档位，便于球阀启闭的灵活性。为了兼顾球阀使用的灵活性和限位的可靠位，L5一般为5〜7mm,其中限位部分的长度约占到
8、2/3。第四，手柄档块厚度t不能太薄，为保险起见，根据手柄大小可取
