超低温球阀的结构设计特点及应用范文

摘要：本文简要介绍了用于家用自来水管道及地暖管道的超低温球阀的结构设计特点和应用。此类球阀属于中低压球阀，由于北方会存在温度较低的时候，容易将阀体冻裂，根据球阀的此种应用需求，本文对球阀抗结冰结构的设计和材料的选用，以及相应的分子力情况进行了分析。

关键词：超低温球阀；抗结冰；结构设计；材料选用；力学分析

引言

在日常的生产和生活中阀门无处不在，所有的输水管道都离不开各种阀门的控制，球阀具有结构简单、安装空间小的优点，并且球阀采用介质力密封，不宜受到外界驱动力的影响，对于各种工况都较为适用，被广泛应用，给人们的生产和生活带来的极大的方便。一般的普通阀门主要是由阀体、阀盖、阀球和阀杆等部分组成的，阀门主要通过阀球的旋转进行启闭来对水的流动进行控制，但是由于在冬季人们使用阀门的时候，如果阀门或者管道的保温措施做得不够好，同时管道和阀门内部间隙残留部分水，常常会发生由于气候寒冷、管道水发生凝固和膨胀，从而将阀门涨破，在北方寒冷季节此种现象更为普遍。阀门产生报废不仅会造成一定的经济损失，最主要的会使得管道内的水失去控制，从而产生大量的泄漏，对正常的生产和生活造成影响。严重时会发生水灾，对人们的生命和财产安全造成一定的威胁。在北方地区的一些自来水公司，一旦发生此类事故，都会在冬季组织相应的抢修进行处理。可见此类事故不仅会造成他人财产的浸渍和房屋的塌陷，严重时还会引起诉讼和巨额赔偿的支付，从而耗费大量的人力、物力和财力。基于此种现状，近年来根据相关的工程设计要求和工艺操作安全方面的需求，国内外的阀门供应商对于超低温球阀在不同部位的结构设计的研究一直在进行，以求针对其结构设计方面进行相应的改进，从而使其使用性更加优良。本文对北方年温差较大地区内超低温球阀的抗结冰结构设计和相应的材料选用进行了分析，以便为类似的超低温球阀的选用提供参考。

1超低温球阀的结构

此种超低温球阀的结构为在阀体两端均设计有一个胎腔，胎腔内装有一个由橡皮制成的气胎，此种气胎有些类似于自行车内胎，胎体内充满气体，因此整个胎体具有较强的伸缩能力。如图1为此种阀体的结构示意图，图内的①为阀体、②为胎腔、③为铜环、④为气胎；图2为此种阀体的正面剖视图，图3、图4和图5分别为相应的A-A剖视图、气胎结构图和B-B剖视图。此种超低温球阀在进行组装的时候，通过图2中的②胎腔与①阀体连为一个整体，而B-B剖面中的r4为气胎圆环小半径，此半径与胎腔腔体小半径尺寸一致，因此，使用时可以将气胎④合理装入胎腔②中。而图3、图4中的R1、R2和R4分别为阀门进口半径、胎腔大圆半径和气胎小圆中心线的半径。

2超低温球阀的工作原理及工作过程

2.1超低温球阀的工作原理

此类型的超低温球阀在抗结冰和防冻裂的方面很巧妙的利用气体和水的体积随着温度的变化而变化的物理特性进行设计，由于水会随着温度的降低直至结冰体积会逐渐的膨胀，此过程会对阀门产生很大的压力，而气体则与之相反，其会随着温度的降低和外界压力的增大体积会逐渐缩小，并且其他相对于水而言性质毕竟活泼，因此在温度降低的过程中其收缩程度会远远大于水在温度降低时的膨胀程度，因此阀体内的气胎在阀体内水结冰而产生膨胀时会迅速发生收缩，从而为水的膨胀让出更多的空间，完全能够将冰的膨胀进行容纳，从而彻底将冰膨胀部门所产生的压力进行彻底的消除，以此来对球阀进行保护。相比较而言，对于阀体内没有设置气胎的普通阀门，由于阀体内没有足够的调节空间，因此在水的温度降低直至结冰的过程中，体积发生膨胀，膨胀过程所产生的压力均全部作用在球阀的内壁之上，而球阀是密闭的，这便会给阀体带来很大的压力，当阀体无法承受这种压力的时候便会被涨破，从而便会造成阀门的报废和管道的泄漏。

2.2超低温球阀的工作过程

当此类超低温球阀装在官道上进行正常使用时，气胎一致保持鼓起的状态，当管道内的水随着温度的降低发生凝固和膨胀反应时，气胎内的气胎会随着温度的降低和压力的增大相应的发生更大幅度的缩小，再加上胎体自身具有很好的伸缩性，便会很好的将水结冰之后发生膨胀的部分进入胎腔内，以此将冰的膨胀对阀体的巨大压力进行合理抵消，从而对球阀的阀体进行相应的保护，使其不被涨破。而当温度逐渐恢复时，管内冰块逐渐融化，水的膨胀体积减小，而胎体内的气体体积则随之增大，球阀的结构便逐渐恢复为原状。

3超低温球阀的力学分析

下面通过数据计算对于DN50型号的此类超低温球阀的工作原理进行验证。

4超低温球阀的应用

此种超低温球阀最主要的结构特点就是在普通阀门的基础上增设了两胎腔和两个气胎，结构并不复杂，因此对流量不会产生任何影响，只是由于阀体的加长和气胎的增设，其相应的生产成本会有所增加。当时其抗结冰和防冻裂性能等功能与普通阀门相比效果会好很多，对于我国的北方地区乃至世界的寒冷地区中都非常适用。首先对于城市的自来水管道和暖通管道来说，应用此种球阀可以有效减少冬季对于阀门的维护数量，避免泄漏事故和诉讼赔偿的发生，以此节省了大量的人力、物力和财力。不仅在生活用水的供水管道方面，对于工业领域，此种球阀也可用求其他工业液体管道的阀门防冻裂，尤其对于北方地区一些季节性较强的工厂或者矿区，冬季会停止生产，应用此种超低温球阀便能够很好的避免反复的拆装，也可以进行良好的供热防冻，从而节省了大量的开支。其次对于农村的灌溉管道和城市的绿化用管道，由于冬季也会停止灌溉，并且管道一般会埋置比较浅，有的甚至不得不安装在露天或者野外的地方，应用此种球阀能够在冬季有效避免将阀门冻裂从而减少大量的损失。

对于人们日常生活方面，此种超低温球阀更体现出了它的作用，比如在冬季维修停暖或者锅炉停电的时候，此种球阀可以有效防止暖气管道上的阀门被冻裂。而当居民冬季外出长期不在家时其防冻裂效果也能够有效避免水灾的灾害和损失。即使对于夏季或者一些整年不会发生结冰的地方，此种超低温球阀的应用也能够有效缓解管道气锤或者局部增压对于管道等设施的影响，从而有效避免爆管等事故的发生。最后对于其他领域此种超低温球阀亦能发挥其独有的特殊作用，比如对于科学试验、长途运输、地质勘探和科学考查等需要野外作业的工作，工作人员所使用的临时性仪器、设备及设施都会配有一定的阀门，应用此种阀门可以有效消除阀门由于在室外产生冻裂而带来的种种不便，保证工作人员工作的顺利进行。由此可见，此种抗结冰及防冻裂阀门的适应能力和应用领域要远远超出普通阀门，应用前景良好。

5结束语

本文对超低温球阀抗结冰冻裂性能的结构设计进行了介绍，并且对相应的工作原理及应用进行了阐述，还对此类球阀的抗冻裂性能的计算和分析进行了表述，清楚的表明了此类超低温球阀的结构设计和原理分析能够有效适应设定的抗结冰的要求，对于北方地区寒冷季节中的各类液体管道中的应用非常有效，并且结构较为简单，容易生产和推广应用。

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作者：刘立中 单位：日丰企业集团有限公司