圓錐形旋塞閥的工作原理

                             圓錐形旋塞閥的工作原理

                          上海申弘閥門有限公司

圓錐形旋塞閥是在圓柱形旋塞閥的基礎上發展起來的旋塞閥。圓錐形旋塞閥密封副之間的泄漏間隙可通過力將閥塞更深入地壓入閥座來調整。當旋塞與閥體緊密接觸時，旋塞仍可旋轉，或在旋轉之前將旋塞提起旋轉90°，然后再壓入密封。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。

（1）緊定式錐形旋塞閥

緊定式錐形旋塞閥（圖7-12）的結構為簡單， 僅由閥體和旋塞組成，旋塞下端伸出閥體外，并加工出螺紋，當擰緊緊固螺母時，將旋塞往下拉，使其壓緊在閥體密封面上。

緊定式錐形旋塞閥不帶填料，旋塞與閥體密封面間靠本體金屬來密封。密封力靠擰緊旋塞下面的螺母來實現。為了使用較小的預緊力便能達到密封，旋塞和閥體密封面的表面粗糙度精度一定要盡量高，而且

幾何形狀誤差也一定要小，錐度配合一定要準，才能使該類旋塞閥實現密封。

緊定式錐形旋塞閥易于維修和清理，維修或清理時，松開下面的螺母，退出墊圈，旋塞便可從閥體中取出進行維修或清理。

緊定式錐形旋塞閥只適用于低壓場合，目前已很少采用。

（2）填料式錐形旋塞閥

填料式錐形旋塞閥（圖7-13）結構簡單，僅由閥體、旋塞、填料和壓蓋等部件組成，當擰緊壓蓋上的螺母將填料壓緊時，也同時壓緊了旋塞與閥體的密封面，達到密封的目的。旋塞下面的螺母起到旋塞與閥體密封面之間配合松緊的調節作用。

填料式錐形旋塞閥是使用非潤滑的金屬密封件， 由于這種閥門密封副間的摩擦較大，為保證旋塞在閥體內能夠轉動自如，其許用密封載荷受到一定限制。 因此密封面的泄漏間隙相對較大，故這種閥只有使用在具有表面張力和黏性較高的液體時才能達到滿意的密封效果。但是，如果在組裝前將旋塞涂上一層密封脂，那么這種閥也可用于潮濕氣體，例如潮濕的含油壓縮空氣。

填料式錐形旋塞閥密封性能較好，尤其是外漏的密封性更好，大量用于公稱壓力PN10工況。

（3）油封式錐形旋塞閥

油封式錐形旋塞閥（圖7-14），除旋塞的形狀外， 與油封圓柱形旋塞閥很相似，這兩種閥具有相同的功能。但是油封錐形旋塞閥具有操作上的優點，即一旦由于處于靜止狀態或由于忽視潤滑而導致旋塞不能轉動時，通過注入密封劑就能把旋塞從閥座提起而使它重新轉動。當以這種方式松開旋塞時，操作者經常錯誤地將壓蓋松開，而正確的方法是應進一步將壓蓋壓緊。這種閥門的缺點在于，人為壓緊旋塞可能會使旋塞過緊而導致其運動困難。

油封式錐形旋塞閥的結構和填料式旋塞閥基本相同。不同之處在于油封式旋塞閥設有注油裝置，并在旋塞的密封面間加工出橫向和縱向油槽。使用時，從注油孔向閥內注入密封油脂，使旋塞與閥體的密封面之間形成一層油膜，起潤滑和密封的作用。油封式旋塞閥的主要特點是密封性能可靠，而且啟閉省力。它的出現擴大了旋塞閥的使用范圍。

油封式錐形旋塞閥的密封靠旋塞和閥體之間的密封脂來實現。密封脂是用注脂槍通過旋塞桿上的注脂閥注入旋塞的密封面上儲存密封脂的油槽。因此，當閥門在使用時，就可以向油槽注射補充的密封脂，從而有效地彌補其密封的不足。然而，如果該閥的預緊力不夠，即便再注射密封脂也不能保證密封，這時可通過緊固閥蓋上的螺栓來施加預緊力，以保證密封。

油封式錐形旋塞閥的旋塞和閥體的密封面表面粗糙度等級要高，其幾何形狀精度及旋塞和閥體的錐度要準確，才能保證用較小的預緊力就能保證密封，從而使旋塞在閥體內的轉動自如。由于密封面在全開位置時被保護而不與流動介質接觸，同時損壞的密封面較易修復，所以油封式錐形旋塞閥特別適用于腐蝕性介質。但是，油封式錐形旋塞閥不宜用作節流工況， 這是因為節流時會從露出的油槽中沖掉密封脂，這樣一方面密封脂可能對介質造成污染，另一方面在閥門每次關閉時，都要向油槽注入密封脂才能保證閥門密封。

油封式錐形旋塞閥適宜用于油、氣田的分支管路上，因為這種管路不用清管，而油、氣田的介質中又含有泥沙，用此種閥門。

閥體進出口端的密封采用油封結構，特別適用于顆粒泥漿管道中，它在圓錐表面上開有油溝，注人高于管道中漿體壓力的密封脂；在旋塞靜止狀態下，形成油膜隔離泥漿，使之不能進入旋塞和閥體內壁之間的縫隙，防止產生研磨；在旋塞運動時，產生高速油流沖擊泥漿，使之進入不了旋塞和閥體內壁之間的縫隙，確保閥門正常運行，提高了漿體管道運輸工程的經濟效益。

油封式錐形旋塞閥主要結構特點：

①閥門的密封性是通過外部油脂的方式來實現的。

②閥門沒有空腔，介質不易積聚。

③閥門的使用溫度是根據所用油脂的類型來確定的。而油脂的選擇應根據管道內的介質選定。

④雙向流動，使用安裝更方便。

⑤閥門的流道形式主要有常規型、文丘里型、 短型及三通等，可以滿足各種管道的需要。

（4）壓力平衡式倒錐形旋塞閥

壓力平衡式旋塞閥是可以使用于任何工況的理想的切斷閥，包括大多數惡劣操作環境下也能使用。可用于動作要求快、*和密封要求的場合，設計非常緊湊，要求的安裝空間較小，可以在任意位置安裝。該類閥的基本操作相當簡便，當旋塞轉動90° 時，閥門就從關到開的位置：反之亦然。

旋塞錐度為1 : 6，*緊密地與閥體裝配組合在一起，它采用金屬-金屬密封，也就是沒有采用易被流動的流體損壞的軟密封。

作為二級密封，該閥門提供了一個輔助密封系統，即當閥門動作時，允許加人特殊的密封脂到閥門里。除了密封作用，密封脂的另一個目的是防止閥內件腐蝕和磨損，同時也降低閥門的力矩。

閥門是根據“壓力平衡"原理設計的，旋塞帶有壓力平衡孔，以確保旋塞在軸向上始終處于壓力平衡狀態，從而防止旋塞被卡住。另外，旋塞和閥桿是兩個獨立的部件，借助于稱為通用連接片的平衡環將它們連成一體。閥桿不能隨意取出，只有在停車重新裝 配時，方能從底部取出。旋塞的安裝位置是通過調節螺栓在閥體內部進行調整，當底部緊固螺栓固定時， 用調整螺桿調整鋼球來固定旋塞位置。通過兩個柔軟的墊片來實現旋塞位置的所有調整。

壓力平衡式旋塞閥的密封部位如下。

①閥桿頂部密封密封圈是嵌入式的特殊材料密封圈，該密封圈可以從外部進行更換，它是用于失火狀態下保證閥桿的密封。

②閥桿密封由0形圈來保證。

③底蓋密封底蓋是用螺栓和螺母固定在閥體上的。兩個柔軟的墊片被放置在閥體和底蓋之間的凹槽處，主要起金屬密封作用，另外起到在調整緊定螺 釘時阻止介質泄漏。

上面提到的，該閥提供了一個注入密封脂系統， 它通過注脂閥和止回閥將可允許的特殊密封脂滲透到閥內部。密封脂是通過一個特殊高壓注脂槍噴射到旋塞凹槽里的，該系統確保所有的密封表面都具有薄層的密封劑，實現有效的二級密封。

壓力平衡式旋塞閥可以提供手柄或手輪操作機構。此外它也能夠提供用于各種執行機構的頂部安裝的法蘭和閥桿。若閥門配有這樣的頂部安裝法蘭，那么注人密封脂系統則會從閥桿移到閥體的側面。

壓力平衡式旋塞閥的主要特點如下：

①產品結構合理、密封可靠、性能優良、造型美觀；

②倒裝壓力平衡的結構，啟閉轉矩小；

③閥體和密封面間設有油槽，可隨時通過注脂閥向旋塞凹槽注人密封脂，增加密封性能；

④零件材質及法蘭尺寸可根據實際工況或用戶要求合理選配，滿足各種工程需要。

壓力平衡式倒錐形旋塞閥（圖7-15）由閥體、閥桿、旋塞、底蓋、注脂閥、填料等部件組成。其閥塞按相反位置安裝并與閥桿分開。旋塞由底蓋中的螺釘對其位置進行調節，為了防止介質壓力將旋塞推入閥座，旋塞端部開有平衡孔，它可使介質壓力進人旋塞兩端的空腔內。這樣的設計可使這種旋塞閥適用于很高的壓力，不會由于介質壓力將旋塞推向閥座而不能操作。目前，國內天然氣管線及場站控制系統使用的旋塞閥全部采用進口的倒裝平衡式油密封旋塞閥。

密封劑是從閥桿末端注入閥體的，在注人壓力的作用下，通過旋塞上的油路，使閥體、旋塞的密封面間形成一層油膜，實現閥門的密封并起到潤滑的作用。介質可通過旋塞底部的小孔進入下空腔，依靠介質壓力將旋塞向上推動而壓緊在閥體密封面上，介質 壓力越大，則密封性能越可靠。

①壓力平衡式倒錐形旋塞閥結構特點

a. 閥體。采用倒裝式結構，整體鑄造，強度高， 剛性好，受力均勻，閥門重心與管道中心基本重合， 操作穩定性好。閥體密封錐面采用高速精磨加工，經研磨后表面粗糙度精度高于RaO. 8。

b. 旋塞。采用倒裝式旋塞，整體鍛造，精密機械加工并研磨后表面粗糙度可達EaO. 4。旋塞表面采用氮化、鍍鎳磷合金或者噴涂硬質合金等表面處理手段提高表面硬度；超音速噴涂硬質合金的表面硬度可達65HRC以上，鍍鎳磷合金并經熱處理后，其表面硬度可達58?60HRC。在油膜潤滑下具有*的耐磨性能。

旋塞錐體的上部有一止回閥，可補償閥腔上部的注油壓力。旋塞的下部開有平衡孔，可將介質壓力引人旋塞底部，使旋塞壓緊閥體，起到密封作用。

c. 密封副。采用金屬密封結構加注油脂密封， 由于密封油脂的填充占位作用，介質中的固體顆粒物不會進入密封面，對密封面有非常好的保護作用。因為油脂的潤滑，使得閥門操作力矩小，操作省力。

特殊的非對稱油槽設計，轉動旋塞時密封脂自動加注無泄漏，*保證油膜完整，密封可靠。這種非對稱的油槽設計油耗損失非常小，延長了油脂的加注時間和使用周期。

錐面密封，密封接觸面積大，油膜潤滑，使用壽命長。

d. 閥桿及閥桿密封。閥桿的強度和密封性能是影響閥桿操作及閥門整體性能的主要因素之一。閥桿的受力主要來自于填料處的摩擦力、操作力矩及介質的推力。閥桿與旋塞采用滑環式連接方式，可減少閥桿中心與旋塞錐面的同心度誤差，改善閥桿的受力條件和操作性能。閥桿采用防飛出設計，可在線更換填料密封件。閥桿密封采用防火填料、0形密封圈、加注密封脂三重密封設計，閥桿機加工后表面粗糙度可達i?a0.4，*閥桿密封要求，可可靠工作，免緊固維修。閥桿整體鍛造，并加調質處理，強度高韌性好。閥桿表面采用氮化或鍍鎳磷合金，表面硬度高，抗摩擦磨損。

e. 閥蓋及底部結構。底部閥蓋是閥門底部承壓部件，同時又是底部密封墊片、底部調節桿的固定和安裝支撐件，要求具有高的剛度和強度。底部閥蓋的密封采用整體密封墊*隔離式結構，在保證閥蓋螺栓緊固時閥門具有可靠的密封。安裝在閥蓋底部的調節桿采用內置式結構，調整完成后旋緊壓蓋*零泄漏。底部調節桿支持旋塞，導出旋塞因各種原因產生的靜電。

②工作原理其工作過程是通過閥桿旋轉90°使旋塞上的通道口與閥體上的通道口接通或斷開，實現閥門開啟或關閉。通過該閥閥腔上部設計的注脂閥注入密封脂，該密封脂在注人壓力作用下通過旋塞表面的特殊油槽均勻地涂在密封面上，形成致密的油膜 層，實現閥門雙向密封并起到潤滑密封面的作用。在旋塞大端開有流通的小孔，使管道介質能進入旋塞底部，旋塞在底部介質力推動下向上緊貼旋塞倒錐面。 旋塞小端裝有單向閥，當閥腔上部的油脂壓力低于介質壓力時管道介質通過單向閥進入閥體上腔以補充油脂壓力。同時旋塞在上腔油脂壓力及旋塞自重作用下與旋塞底部向上的介質推力保持平衡，可以大大減輕密封面的密封比壓，降低閥門操作力矩，延長閥門使用壽命。

旋塞表面硬化處理并開有特殊油槽回路，閥體外有兩個密封脂注入裝置，一個是通過注入密封脂對閥桿實現緊急密封，另一個是將密封脂注人閥體上腔。 錐形旋塞體的小端通過平衡環與閥桿連接，閥體底部閥蓋上裝有調節支撐，可以調整旋塞的位置。閥門采用防火設計，有靜電導出裝置，過流道按照API 6D的規定有全通徑、縮徑。閥門材料可采用碳鋼、低溫鋼、不銹鋼及合金鋼。驅動方式有電動、氣動、手動等。

③該種管線旋塞閥與傳統襯套式旋塞閥相比所具有的特點。

a. 密封可靠，使用壽命長。旋塞閥靠錐面密封， 密封接觸面大，油膜起到潤滑和密封的作用。采用注密封脂密封，在旋塞的開關運動過程中能將密封脂均勻涂在密封面上，有效潤滑密封面。同時因密封脂的填充占位及開關過程的擦拭作用，介質中所含的固體顆粒不會進入密封副內，而在全開時間可以*防止與流動介質接觸，有效保護密封副。

b. 閥門力矩小，操作省力。采用倒裝安裝方式的旋塞錐體。在閥門開啟瞬間，閥體下腔的壓力與管道的介質壓力平衡，推動旋塞體向上貼緊閥體內錐面，閥體上腔的高壓油密封迫使塞體受到向下的推力，而使旋塞椎體的上下端受力達到平衡，旋轉塞體 時的力矩將會減少。

c. 閥體底部閥蓋上裝有調節支撐，可以調整閥芯的位置。在高溫工況下，旋塞的熱膨脹可通過調節支撐來吸收，避免密封副楔死。同時該裝置具有將閥芯與介質摩擦可能產生的靜電導出的功能。

d. 閥桿防飛出設計，0形圈及石墨填料、注入密封脂三重閥桿密封設計，符合泄漏要求，可以可靠工作，免緊固維護，具有防火功能。這些設計與第3章所述的全焊接球閥相似。

④旋塞的幾種結構壓力平衡式倒錐形旋塞閥有密封脂壓力輔助平衡旋塞、壓力平衡旋塞、被保護的壓力平衡旋塞和彈簧輔助平衡旋塞。

a. 密封脂壓力輔助平衡旋塞。所有壓力平衡式倒錐形旋塞閥都有一個保護裝置，以防止由于旋塞鎖定而引起旋塞被卡住。旋塞鎖定是由一個不平衡力作用于旋塞，引起主壓力壓向下腔（即較寬的部分）。 如圖7-16 （a）中箭頭所示，合力作用于旋塞上面 （圓錐小頭方向），使其壓緊閥體錐面。即使主壓力減弱，該旋塞仍然保持鎖定。

為避免旋塞被鎖定，可利用注入旋塞儲油槽密封脂的壓力，使其作用于旋塞的上表面以減弱向上的作用力。這種方法只能減少并不能消除圓錐鎖定的可能性，且需定期注入密封脂，以保證閥門的啟閉自如。

b. 壓力平衡旋塞。壓力平衡旋塞針對密封脂壓力輔助平衡旋塞的缺點，如圖7-16 （b）所示，在旋塞的上方加工一個壓力平衡孔并安裝一個簡單的單向閥，這樣就使主壓力的一部分抵消了向上的壓力以防止錐面鎖定的發生，而無須頻繁注脂。

c. 被保護的壓力平衡旋塞。在一些工況，一些介質中可能含有雜質顆粒，為提高裝置的可靠性，避免雜質顆粒進入壓力平衡旋塞[圖7-16 （c）]0保證平衡孔不會暴露于旋塞端口的介質通道，相比于普通的壓力平衡旋塞，提供額外的安全性。 塞[圖7-16

（d）]，以防止在壓力和/或溫度的急劇變化而使錐面鎖定。作為一種選擇，這也增加了管道配管的靈活性，閥門的安裝方向不受限制。

（5）金屬硬密封提升式錐形旋塞閥

金屬硬密封提升式錐形旋塞閥（圖7-17）是近年來發展比較快的新型旋塞閥，它采用了先提升后啟閉的閥門操作方式，大大減少了旋塞閥的啟閉力矩，而且不同于傳統旋塞閥采用矩形縮徑通道，該閥門通常采用圓形通道，使旋塞閥的流體阻力大大減少，金屬硬密封提升式旋塞閥兼有球閥與閘閥的優點，能用于高溫、高壓工況，大大擴展了旋塞閥的使用范圍。

①結構特點

a. 金屬硬密封提升式錐形旋塞閥開啟時先提升旋塞，使旋塞與閥座密封面相脫離，然后將旋塞旋轉90°，使閥門開啟。由于閥門在啟閉過程中旋塞與閥座相脫離，故閥門啟閉非常輕松，而且密封面在開啟或關閉過程中不易擦傷，閥門使用壽命長。

b. 金屬硬密封提升式錐形旋塞閥無論處在開啟狀態或關閉狀態，密封面均受到保護，不受介質沖屆IJ，密封緊密可靠。

c. 普通旋塞閥采用非圓形流道，且流道面積縮減，有較大的流體阻力損失，而金屬硬密封提升式錐形旋塞閥采用與管道截面積相同的圓形通道，流體阻力小。

d.金屬硬密封提升式錐形旋塞閥結構緊湊，體積小，與閘閥相比，閥門總體高度大大減小，與截止

閥相比，流阻大大減小。

e. 與普通旋塞閥相比，金屬硬密封提升式錐形旋塞閥適用的壓力及溫度范圍更大。

f. 金屬硬密封提升式錐形旋塞閥兩側閥座密封面均可密封，閥門的安裝與使用不受介質流向的限制。

g. 金屬硬密封提升式錐形旋塞閥關閉時，可通過手輪和閥桿對閥座密封面加壓，通過加大密封比壓，可使旋塞閥具有更好的密封性能。

h. 閥座密封面凸起，便于密封面清洗，密封面上不易積存結晶介質或固體顆粒。

②工作原理逆時針旋轉手輪以提升旋塞，使旋塞與閥座脫離，然后逆時針方向扳動扳手90°，使扳手與管道呈平行位置，此時扳手與支架接觸并限位，旋塞的通道和閥體的通道相接通，閥門開啟；順時針方向扳動扳手，使扳手與管道呈垂直位置，此時 扳手與支架接觸并限位，旋塞的通道和閥門的通道呈垂直狀態，然后順時針方向旋轉手輪以降下旋塞，直至旋塞與閥體緊密接觸，閥門關閉。

（6）卡套式錐形旋塞閥

卡套式錐形旋塞閥（圖7-18）是采用具有自潤滑作用的PTFE襯套鑲嵌在閥體內，而且是在壓力下將襯套壓入，這樣就能防止在襯套與閥體間產生泄漏。 卡套式錐形旋塞閥在使用中無須注入可能導致污染的密封脂，雙向流動，采用較低的轉矩，*的360°金屬唇邊保護和固定卡套，使密封部位沒有金屬對金屬的直接接觸，故卡套式錐形旋塞閥密封性能良好，并可避免密封面咬死現象。其適用范圍廣，摩擦因數小，使用壽命長，并且是非金屬-金屬密封，對旋塞加工要求可以降低，因而對于中小口徑的旋塞閥較普遍采用襯套結構形式。

卡套式軟密封旋塞閥適用于公稱壓力為Class150?600、PN16?100，工作溫度為一29?180°C的石油、化工、制藥、化肥、電力行業等各種工況的管路上，切斷或接通管路介質。

卡套式旋塞閥主要結構特點如下。

①閥體進出口端窗口設計為雙道溝槽密封環結構，旋塞在旋轉過程中，其密封副間的密封比壓在逐漸變化，直至到達全幵或全關位置時，產生足夠的密封比壓，密封副達到零泄漏。

②雙道溝槽密封環既可以使PTFE襯套穩固在閥體內不產生位移，又可以吸收由于溫差變化引起襯套產生的微量變形，同時襯套與旋塞之間產生有力的擦拭作用，又提高了密封面的使用壽命。

③塞軸上部采用一個PTFE膜片和0形圈與調整墊片組合，既可以調整密封面間的密封比壓，使塞子轉動靈活，又可以保證進、出口端和中法蘭連接端的密封。

④整個密封過程可近似認為與管道內壓力無關。

⑤PTFE襯套內，根據使用溫度和工作介質采用不同材料的填充物，潤滑好、壽命長。

⑥閥門的密封性是通過卡套四周的密封面來實現的。*的360°金屬唇邊保護固定卡套。

⑦閥門沒有空腔，介質不易積聚。

⑧金屬唇邊在旋塞旋轉時提供自潔的作用，適用于黏稠和易結垢的工況。

⑨雙向流動，使用安裝更方便。

⑩零件材質及端部連接尺寸可根據實際工況或用戶要求合理選配，滿足各種工程需要。

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