為了確保球閥閥座密封達到0泄漏，根據API6D標準閥座結構的原理，對閥門設計了多種復合型閥座結構，本文介紹一種新型大口徑固定式電動球閥雙向密封閥座的結構。 　　 　　1概述 　　 　　在長輸管線輸送系統中，對管線球閥的性能等要求相當嚴格，如要求具有防火、防靜電、防爆和0泄漏等。為了確保球閥閥座密封達到0泄漏，根據API6D標準閥座結構的原理，對閥門設計了多種復合型閥座結構，本文介紹一種新型大口徑固定球球閥雙向密封閥座的結構。 　　 　　2閥座結構 　　 　　根據API6D標準提出的雙阻塞與泄壓（DBB）和雙隔離與泄壓（DIB－1和DIB－2）的閥座結構原理，閥座結構有單活塞效應、雙活塞效應和組合型3種。 　　 　?。?）雙阻塞與泄壓閥座 　　 　　雙阻塞與泄壓閥座（DBB）即單活塞效應閥座是自泄壓閥座結構，介質進口端和出口端閥座結構一致，它是閥前閥座密封原理，介質可以雙向流動。DBB閥座有雙密封閥座（圖1）和單密封閥座（圖2）兩種結構。雙密封閥座是由兩個能夠單獨實現閥座密封的非金屬材料組合而成，在介質壓力作用下，初級閥座支撐座上產生的△A1環形面積差的壓力加上彈簧力，確保初級閥座和球體形成密封副。 　　 　　當初級閥座密封失效后，介質通過初級閥座到達次級閥座，在次級閥座支撐座上產生的△A1'環形面積差的壓力加上彈簧力，確保次級閥座和球體形成密封副。這種閥座結構能夠在閥腔內的介質壓力達到公稱壓力的1.33倍時，推開介質出口端次級閥座支撐座，使介質壓力到達初級閥座，介質再推開介質出口端初級閥座支撐座，使閥門的介質壓力泄放到出口端，保障了閥門體腔內壓力不過載。 　　 　　1.初級閥座支撐座2.初級閥座（尼龍） 　　 　　3.次級閥座（氟橡膠）4.次級閥座支撐座5.球體 　　  　　 圖1雙密封的雙阻塞與泄壓閥座（DBB） 　　 　　（2）雙隔離與泄壓閥座 　　 　　雙隔離與泄壓閥座（DIB－1）即雙活塞效應閥座，介質進口端和出口端閥座結構一致，其閥前閥座和閥后閥座都能夠實現密封，介質可以雙向流動。DIB－1閥座有雙密封閥座（圖3）和單密封閥座（圖4）兩種結構。雙密封閥座由兩個能夠單獨實現閥座密封的非金屬材料組合而成。在介質進口端，初級閥座支撐座上產生的△A1環形面積差的壓力加上彈簧力，確保初級閥座和球體形成密封副。當初級閥座密封失效后，介質通過初級閥座到達次級閥座，在次級閥座支撐座上產生的△A1'環形面積差的壓力加上彈簧力，確保次級閥座和球體形成密封副。當進口端雙重閥座密封全部失效后，介質進入閥腔，到達出口端閥座，在次級閥座支撐座上產生的△A2環形面積差的壓力加上彈簧力，確保次級閥座和球體形成密封副。當次級閥座密封失效，介質壓力到達出口端初級閥座，介質推開初級閥座支撐座，介質進入出口端，不能形成密封副。所以，雙密封閥座在出口端僅為一重閥座密封，是三重閥座密封。由于雙活塞效應閥座在閥腔異常升壓時，進出口兩端次級閥座都能夠與球體形成密封副，所以體腔內超標的介質壓力不能泄放，不具備閥腔自泄壓功能。因此，閥門需要在閥體上安裝自動泄壓閥，在閥腔壓力達到公稱壓力的1.33倍時，可通過自動泄壓閥釋放閥腔內過高壓力。 　　  　　 圖2單密封的的雙阻塞與泄壓閥座（DBB） 　　 　?。?）組合的雙隔離與泄壓閥座 　　 　　組合的雙隔離與泄壓閥座（DIB－2）是結合雙阻塞與泄壓和雙隔離與泄壓結構的優點，介質進口端使用DBB閥座，介質出口端采用DIB－1閥座。組合的雙隔離與泄壓閥座為介質單向流動，進出口兩端雙向密封。DIB－2結構是三重閥座密封。當體腔壓力達到公稱壓力的1.33倍時，體腔內介質推開進口端次級閥座支撐座和初級閥座支撐座脫離球體，閥腔內的壓力向介質進口端自動泄放，確保閥門安全。 　　 　　3分析 　　 　?。?）DBB閥座的主要優點是自泄壓，介質未排放到閥門外，不會增加石油和天然氣等易燃易爆介質泄漏造成的危害。但是，單密封閥座僅為進口端一重密封，雙密封閥座也僅僅為進口端二重密封。雖然閥座密封可以達到0泄漏，但很難滿足長輸管道苛刻工況的要求。 　　 　?。?）DIB－1閥座密封壽命長，基本滿足長輸管道的苛刻工況。但DIB－1閥座的閥腔不具備自泄壓功能，需要在閥體上安裝自泄壓安全閥，增加了閥門的泄漏點。如果泄壓安全閥失效，閥腔異常升壓帶來的危險無法預估。一般來說，在石油和天然氣長輸管道上使用較少。 　　  　　 圖3固定式電動球閥雙密封的雙隔離與泄壓閥座（DIB－1） 　　  　　 圖4單密封的雙隔離與泄壓閥座（DIB－1） 　　 　　（3）DIB－2閥座綜合了DBB和DIB－1結構的優點，是石油和天然氣長輸管道系統中，優先選擇的閥座密封結構。DIB－2閥座結構比較復雜，零件較多，造成零件尺寸精度較難控制，零件的強度和剛度較差，初級和次級閥座之間距離較大，要保證兩個閥座和球體都達到密封，要增大球體的直徑，從而增加閥門的操作扭矩和原材料成本。DIB－2閥座應用不廣泛。 　　 　　4優化設計 　　 　　經過對DBB、DIB－1和DIB－2閥座結構的分析和研究，對大口徑管線固定球球閥的閥座結構進行了優化設計。新閥座為雙向雙重密封，介質單向流動，進出口端雙重密封（四重密封），初級閥座和次級閥座共用一個閥座支撐座，兩個閥座相鄰，結構簡單，密封可靠，零件受力良好，確保閥座0泄漏，增加了閥座密封壽命（圖5）。 　　  　　 圖5優化閥座（DIB－2） 　　 　　5密封比壓及操作力矩的計算與驗證 　　 　　為了保證閥座的密封性能和使用壽命，對閥座的密封比壓和操作扭矩進行了嚴格的計算與驗證。結果證明，優化后閥座結構更合理，設計比壓和閥門操作扭矩符合苛刻工況要求。 　　 　　（1）密封比壓 　　 　　閥座為雙阻塞與泄壓結構，為閥座閥前密封，其密封比壓q為 　　 　?。?） 　　 　　式中P———設計壓力；MPa 　　 　　d1———雙阻塞與泄壓結構的閥座支承座的外徑，mm 　　 　　d2———雙隔離與泄壓結構的閥座支承座的外徑，mm 　　 　　D1———閥座密封面內徑，mm 　　 　　D2———閥座密封面外徑，mm 　　 　?。踧］———密封面許用比壓，MPa 　　 　　qMF———密封面必須比壓，MPa 　　 　　qMF＜q＜［q］為合格。 　　 　　密封結構為雙隔離與泄壓結構，為閥座閥后密封，密封比壓q為 　　 　?。?） 　　 　　qMF＜q＜［q］為合格。 　　 　?。?）操作力矩 　　 　　密封結構為雙阻塞與泄壓結構，為閥座閥前密封，球閥處于關閉狀態時，承受工作壓力最大，開啟瞬間操作扭矩最大，最大扭矩M為 　　 　　M=Mm+Mt+M0+Mu+Mc（3） 　　 　　         式中Mm———球體與閥座間的摩擦轉矩，N•mm 　　 　　Mt———閥桿與填料間的摩擦轉矩，N•mm 　　 　　MO———閥桿與O形圈間的摩擦轉矩，N•mm 　　 　　Mu———閥桿臺肩與止推墊片間的摩擦轉矩，N•mm 　　 　　Mc———軸承的摩擦轉矩，N•mm 　　 　　uT、uo、u1、uc———相應材料的摩擦系數 　　 　　R———球體半徑，mm 　　 　　φ———閥座密封面法向與流道中心線的夾角，（°） 　　 　　Z———閥桿處填料的數量 　　 　　h———閥桿處填料的高度，mm 　　 　　dF、DT———閥桿直徑及閥桿臺肩的外徑，mm 　　 　　d0———閥桿處O形圈的直徑，mm 　　 　　密封結構為雙隔離與泄壓結構，為閥座閥后密封，球閥處于關閉狀態時，承受工作壓力最大，開啟瞬間操作扭矩最大，最大扭矩M為 　　 　　M=Mm+Mt+MO+Mu+Mc 　　 　　6結語 　　 　　輸送天然氣管線采用優化閥座的大口徑固定球球閥（NPS56（DN1400），壓力等級Class600（PN10.0MPa）），實現了雙向密封和閥座0泄漏，固定式電動球閥滿足了石油天然氣長輸管線的技術要