球閥、雙偏心球閥和三偏心球閥結構及密封原理分析

1、普通球閥

普通球閥在全關、半開和全開[圖1(a)、圖1(b)和圖2(a)]，球和閥座密封面一直接觸，存在摩擦。

圖1 普通球閥2種工作狀態

2、雙偏心球閥[見圖2(b)、圖3]

圖2 普通球閥與雙偏心球閥比較

圖3 雙偏心球閥2種工作狀態

(1)雙偏心全關[圖2(b)]。球體回轉時，由于存在a和b偏心距，球體密封面相對于原幾何中心有一個偏移，回轉中心到閥座密封面的距離因位置不同而不同，出現長短半徑，即R1≥R2。

(2)雙偏心開啟[(圖3(a)]。當球體旋轉開至一定角度時，因長短半徑原因產生凸輪效應，此時球體與閥座開始脫離，球體與閥座無摩擦轉動。

(3)雙偏心全開[(圖3(b)]。當球體旋轉開至90時，球體與閥座完全脫離，球體與閥座無任何摩擦，球體通道與閥體通道直通。為保證兩個通道中心重合，要求兩個偏心相等即a=b。此時旋轉中心到球心連線與通道中心的夾角恰好45°，由此產生了雙偏心球閥的一個特殊問題。由于雙偏心球閥的兩個偏心考慮結構的需要必須相等，當長半徑R1通過球心并恰好落在密封球面區域內，此時R1與密封球面相切，在切點附近就會出現較大范圍的滑動摩擦，使球閥出現局部摩擦加劇，加速磨損。由于球閥最佳密封區域一般在R1與通道中心的夾角為45°的位置。雙偏心球閥在試驗或使用過程中經常會在這個位置出現劃傷。

3、三偏心球閥

三偏心金屬密封球閥是在雙偏心金屬密封球閥的基礎上增加了一個偏心。其結構三維模型見圖4。有球面密封和錐面密封三偏心球閥兩種。

圖4 密封結構三維模型

球面密封的三偏心球閥的密封環是一個球面，這個球面的球心與雙偏心球閥的球心不重合有個第三偏心。這個偏心改變了R1與密封球面的幾何關系，致使R1即使通過雙偏心球心也不會與密封球面相切，這就克服了雙偏心球閥的先天不足。將球面密封圈變為錐面密封圈，就可以得到錐面密封的三偏心球閥。