1 概述

    随着石油、石油化工、化学工业、化纤工业、医药工业及核工业的迅猛发展，波纹管阀门得到了广泛的使用。波纹管阀门主要适用于易燃、易爆和有剧毒的工况以及对环境有极为严格要求的场合。波纹管阀门在阀杆处实现了零泄漏，有效地保证了生产和科研的正常进行，保证了环境不受污染和人员不受伤害。

    2 分析

    波纹管阀门通常有波纹管截止阀和波纹管闸阀。波纹管截止阀阀杆只做升降直线运动，行程较小，以DN50口径截止阀为例，行程只有14mm，使用寿命可达5000次。波纹管闸阀行程较大，DN50口径为43mm，使用寿命较短，只能达到2000次。不论闸阀还是截止阀，它们的共同缺点是阀杆轴向尺寸过大，DN50口径截止阀阀杆直径为φ21mm，长290mm，闸阀阀杆直径为+22mm，长为415mm。从力学角度分析，截止阀的长径比为13.8，闸阀长径比为18.8。阀杆轴向受力极其不稳定，特别是波纹管阀在工况运行中，介质带压的情况下，阀门关闭困难。在阀门设计中，一般采用增加径向尺寸和缩短轴向尺寸的方法，也解决不了波纹管截止阀和闸阀的结构问题。故现行的波纹管闸阀和截止阀经常因为阀杆过长，在运行中折弯而使阀门失效。

    针对上述波纹管截止阀和闸阀的缺点，研究开发了波纹管球阀。波纹管球阀克服了波纹管截止阀和闸阀阀杆过长的缺点，其结构合理、匀称和稳定。波纹管截止阀、闸阀和球阀结构如图1。波纹管球阀阀杆长220mm，直径为25mm，长径比为8.8。

    波纹管球阀与波纹管截止阀和闸阀相比有如下的优点。

    （1）波纹管球阀具有三级密封，而波纹管截止阀和闸阀只有二级密封。

    一级密封设在阀杆下端处。采用锥面密封。阀杆与阀盖处密封长度为4mm，属于金属与金属的硬密封，且压力越大密封越好。道密封渗漏量极小，由于密封面光洁度较高，在密封面间形成微小的毛细管通道，根据流体力学理论，流体通过毛细管后，沿程压力损失很大，波纹管内的压力较小，这样就保护了波纹管。

    二级密封为波纹管密封。由于进入波纹管的流体通过道毛细管式的密封，压降大大降低，成为稳恒的流体。波纹管受流体的压力不是交变应力，而是稳恒应力，这样大大改善了波纹管受力工况。

    三级密封是阀门通常采用的填料密封。

    （2）波纹管球阀中的波纹管受稳恒介质流体压力的情况下，还受关闭和开启阀门的驱动力作用。

    由于球阀启闭运动只须阀杆转动1/4圈，波纹管只受压力而不受拉力作用，在轴向上受压且压缩量为9mm。远远小于波纹管截止阀14mm压缩量和闸阀43mm的压缩量。波纹管截止阀和闸阀启闭阀门时，波纹管受压力和受拉应力交替进行，材料力学指出，金属疲劳破坏主要是由交变应力引起的。由于波纹管球阀只受压应力作用，且压缩量极小，故波纹管球阀使用的寿命*长，达到20000次。表1对波纹管截止阀、闸阀和球阀的波纹管及阀杆参数进行了比较。

表1 800磅级DN50闸阀、截止阀和球阀的波纹管及阀杆参数

    3 结语

    从以上分析可以看到，波纹管球阀寿命是截止阀的4倍，闸阀的10倍以上由于球阀流阻小，启闭快捷，近年来随着硬密封球阀迅速的发展。波纹管球阀适用于高温和高压级工况，因此可以代替截止阀和闸阀。

原创作者：浙江金锋自动化仪表有限公司