金屬波紋管作為彈性密封元件,在閥門(mén)制造業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用,如波紋管閘閥和波紋管截止閥等。波紋管結(jié)構(gòu)將閥桿在填料函處的動(dòng)密封轉(zhuǎn)化成閥桿在閥蓋處的靜密封,使閥門(mén)的密封更加安全可靠。但是,由于金屬波紋管只能承受拉伸和壓縮,而不能承受扭矩,因此,目前的應(yīng)用還僅限于閥桿運(yùn)動(dòng)只作軸向升降而不發(fā)生徑向旋轉(zhuǎn)的閘閥、截止閥和安全閥等。根據(jù)實(shí)際需要,設(shè)計(jì)了閥桿沿徑向旋轉(zhuǎn)90°的波紋管球閥,該閥已獲得國(guó)家專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)為ZL 20072004005) 。 

        波紋管球閥(圖1)的型號(hào)為150QB47F—40,驅(qū)動(dòng)裝置為SMC—00多回轉(zhuǎn)電裝,每分鐘輸出轉(zhuǎn)數(shù)24圈。金屬波紋管耐壓4.0MPa, 波紋管內(nèi)徑54.5mm、波紋管外徑78mm、波紋管行程53mm。波紋管和閥桿的下部采用氬弧焊接,焊縫必須焊透。波紋管的上部法蘭與石墨墊片、閥蓋和支架形成靜密封,使閥體中的介質(zhì)和外部隔絕。閥體中的介質(zhì)不因閥桿和填料函有間隙而泄漏。如果因特殊情況引起波紋管破裂,閥門(mén)上部的填料函還可起到應(yīng)急作用。閥桿上部沿軸向加工2個(gè)直槽,撥銷(xiāo)使閥桿只能沿著軸向上、下移動(dòng)而不能沿徑向轉(zhuǎn)動(dòng)。閥桿下部加工2個(gè)螺旋槽,撥銷(xiāo)固定在球體上,撥銷(xiāo)可在螺旋槽內(nèi)自由移動(dòng)。球體坐落在圓錐滾子軸承上,減小球體對(duì)閥桿的摩擦扭矩。當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí),閥桿由電動(dòng)裝置帶動(dòng)向下運(yùn)動(dòng),閥桿的螺旋槽帶動(dòng)球體上的撥銷(xiāo)使球體沿球的軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)90°,球體轉(zhuǎn)到圖中虛線(xiàn)位置,球閥關(guān)閉。反之則球閥開(kāi)啟。

1密封支撐圈　2撥銷(xiāo)　3止推軸承　4軸套　5波紋管 6閥桿　7閥蓋　8防轉(zhuǎn)銷(xiāo)　9支架　10填料壓套 11電動(dòng)裝置　12凸輪套　13閥體　14球體 15軸承　16固定軸　17密封圈

圖1　波紋管球閥

圖2　閥桿上的螺旋槽

螺旋槽設(shè)計(jì)

         在閥桿的下部面對(duì)面加工2個(gè)螺旋槽(圖2) 。螺旋槽開(kāi)口尺寸和螺旋升角對(duì)閥門(mén)啟閉力和結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。取閥桿直徑d = 50mm,螺旋槽升程h =50mm,螺旋槽寬H = 18mm,螺旋槽深t =10mm。螺旋槽的軸向升角λ為(圖3)

λ = arctgπd /4h = arctg3114 ×40 /4 ×50 = 32.1°

圖3　螺旋槽受力分析

   　 根據(jù)螺旋槽的軸向升角λ計(jì)算其啟閉力(圖3)Q為

         選用電動(dòng)裝置時(shí),考慮各種因素的影響,將啟閉球體的總力矩Mn 乘以系數(shù)113,求得參考總力矩

Mn ′=Mn ×113 = 284 925 ×113 = 370 403N·mm =370N·m。

        由計(jì)算結(jié)果確定電動(dòng)裝置的輸出扭距為500N·m,轉(zhuǎn)速為24r/min,閥桿螺紋為T(mén)r48 ×8HL,啟閉時(shí)間為50 ÷8 ÷24 =0126min。

        金屬波紋管球閥是將波紋管技術(shù)和軌道球閥原理相結(jié)合,設(shè)計(jì)生產(chǎn)出新結(jié)構(gòu)的球閥。該閥適用于輸送有毒或有害介質(zhì),由于其流道近似于管子的一部分,流阻特別小,是一種高效節(jié)能的新產(chǎn)品。