球阀密封座损坏过程及现象

桑蒂雅

本文所分析的受损密封座用于浮动球直通结构，其结构简图如图1所示。其中密封座材料采用耐350℃的对位聚苯。

对高温球阀在进行高温高压(6.0MPa饱和蒸汽)的试验过程中，发现了密封座发生损坏，损坏的密封座如图2所示。通过仔细观察，发现损坏的均为介质进口端的密封座，且损坏的都是同一部位，而出口端的密封座完好无损。为了确定密封座损坏是发生在球阀开启过程中还是关闭过程中，特对球阀进行了分段试验．首先在球阀关闭状态下，通入6.0MPa饱和蒸汽，预热l0分钟后，开启球阀，然后检查密封座是否损坏；接着在球阀开启状态下，通入6.0MPa饱和蒸汽，预热l0分钟后，关闭球阀，然后检查密封座是否损坏，结果两次试验均发生进口端密封座损坏现象。由于浮动球结构的球阀密封原理是在介质压力的作用下，球体产生一定的位移紧压在出口端的密封座上，从而保证出口端密封，因此进口端密封座的损坏，并不影响球阀的密封性能，具有一定的隐蔽性。当球阀进行多次启闭动作后，进口端密封座损坏处还会发生部分剪切脱落现象。

密封座损坏原因分析

基于密封座损坏部位的一致性，且开启和关闭过程中均会发生进口端密封座同一部位的损坏，因此对球阀的启闭过程进行了细致的分析。

如图3a所示，当球阀处于关闭状态时，球体在介质压力的作用下，产生一定的位移紧压在出口端的密封座上，由出口端的密封座保证球阀的密封。而进口端密封座因球体的后移，其底面的密封比压减小，压力介质进入到密封座底面，在介质压力的作用下，其密封面与球体全部接触，此时密封座不会受到损坏；当球阀进行开启操作时(见图3b)，进口端A腔与球阀中部的B腔将形成一个流道，产生一个压力差△P，当流道处球体与阀座脱离接触时，这一部分的阀座将失去支承，在介质压力的作用下产生了弯曲变形。当继续转动球体时，密封座弯曲部分将被通道边缘所压坏而丧失其密封性能。

球阀关闭过程中的情况也大致相同。如图4a所示，当球阀处于开启状态时，由于球阀装配预紧力的作用和非金属密封座的热膨胀(非金属的膨胀系数比金属的膨胀系数大很多)，使得通道中的介质无法进入到球阀的B腔，因此通道与球阀中部的B腔存在一个压力差△P，但此时密封座的密封面与球体全部接触，密封座不会发生变形；当球阀进行关闭操作时(见图4b)，球体通道与B腔有一个压力平衡的过程，即介质由通道进入B腔，当流道处球体与阀座脱离接触时，这一部分的阀座失去支承，在介质压力的作用下产生了弯曲变形。这种变形既可以发生在图示的左上角，也可能发生在右下角，进口端的密封座总是被损坏，那是因为当继续关闭球阀至图4c位置时，A腔与B腔之间，B腔与C腔之间又将产生一个压力差△P，A腔与B腔间的压力差△P使进口端阀座的弯曲变形更加严重，而B腔和C腔间的压力差将使出口端密封座的变形得到修复，当继续转动球体时，进口端密封座的弯曲变形部分将被球体通道边缘所压坏，而出口端密封座不会受到损伤。