金屬硬密封耐磨球閥設(shè)計(jì)改進(jìn)

之前介紹SY42AX煤礦水管路減壓閥應(yīng)用案例，現(xiàn)在介紹金屬硬密封耐磨球閥設(shè)計(jì)改進(jìn)通過對(duì)耐磨球閥密封材料大量試驗(yàn)研究，找出了能夠有效抵抗煤液化供氫溶劑的耐腐蝕材料；而通過將原進(jìn)口球閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，改變?cè)芊鈾C(jī)理，保證了球閥使用的可靠性。耐磨球閥的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和密封材料革新，有效地解決了球閥密封不嚴(yán)和泄漏問題。耐磨球閥以其*的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于煤化工、多晶硅、煉油、電廠等領(lǐng)域。金屬硬密封耐磨球閥是目前*的一種同時(shí)存在高溫、高壓和固體顆粒介質(zhì)的球閥。然而，金屬硬密封球閥存在著使用壽命低、內(nèi)部泄漏、工作中卡住(或保持)等現(xiàn)象。面對(duì)越來越高的磨損要求、強(qiáng)烈的沖蝕等工況，耐磨球閥需要在閥體材料選擇、硬質(zhì)表面處理、密封設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工等方面做出相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)。
1 金屬硬密封耐磨球閥設(shè)計(jì)改進(jìn)閥體選材
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥 耐磨球閥使用過程中還存在一些問題，如閥座密封與球芯接觸面積大，致使驅(qū)運(yùn)力矩增大，閥門開關(guān)不夠靈活，上下閥桿設(shè)計(jì)過大，使用的原材料利用率過低，閥座結(jié)構(gòu)不合理及上密封處有滲水和漏水現(xiàn)象。本實(shí)用新型涉及一種耐磨球閥閥座結(jié)構(gòu)，包含閥體、球體、閥座以及O形圈，在閥體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有球體，與在球體接觸位置的閥體內(nèi)制有一閥座安裝環(huán)槽，并且在該安裝環(huán)槽內(nèi)壓裝有一與流道同軸的閥座，閥座與球體的密封面位置為金屬密封接觸；在閥座與閥體的徑向接觸面中部上同軸限位安裝有一O形圈，在閥座與閥體的軸向接觸面之間同軸安裝有一橡膠圈，橡膠圈的外周面中部制有一徑向凸環(huán)；在橡膠圈與閥體的軸向接觸面之間同軸安裝有一墊圈。本實(shí)用新型閥門使用壽命長，密封性能好，有效解決球閥使用壽命短，易泄露的問題。耐磨球閥閥體鍛件或鑄件材料選用碳鋼、雙相鋼,酸性濕H 2 S介質(zhì)用碳鋼材質(zhì)應(yīng)滿足下列要求：
(1)材料是鎮(zhèn)靜鋼;
(2)常溫屈服強(qiáng)度≤315MPa、抗拉強(qiáng)度≤590MPa;
(3)碳當(dāng)量CE＜0.40%,且S≤0.02%、P≤0.025%、Ni＜1%;硼(Boron)含量在0.0005以下。
同時(shí)閥門已經(jīng)考慮足夠的磨損裕量和耐沖刷,可以根據(jù)工況部分覆蓋SAF2205,機(jī)械加工后厚度不小于3mm,保證閥門的使用性能,延長閥門的壽命。

2金屬硬密封耐磨球閥設(shè)計(jì)改進(jìn) 球體和閥座硬化處理
耐磨球閥球座材料采用不銹鋼鍛件，鍛件具有良好的致密性和機(jī)械性能，無裂紋、沙眼等缺陷，保證球體和閥座具有較高的強(qiáng)度；閥芯噴涂熔斷器-20的表面硬化處理，加工拋光后硬化層的小厚度不小于0.8mm，表面硬度不低于HRC 62。所有硬化層的附著力均不低于30000PSI。同時(shí)，在閥門兩端采用超音速噴涂，有效防止介質(zhì)沖刷流道。
3 雙向密封設(shè)計(jì)
球閥采用雙向硬密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可承受雙向全壓差。球閥為了保證實(shí)際運(yùn)行時(shí)(有介質(zhì)壓力)閥座與閥球之間有一個(gè)足夠的接觸力,從而保證閥座的泄漏標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到I S O 5208 B級(jí)規(guī)定,閥座后面必須有一個(gè)彈性元件。閥座后彈簧采用一個(gè)Inconel X-750彈簧*的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),無論溫度和壓力如何變化,它始終給閥座一個(gè)推力,使其緊緊地靠在閥球上,從而保證閥座泄漏等級(jí)。如圖1所示。
4 自清潔閥座設(shè)計(jì)

為了防止顆粒介質(zhì)進(jìn)入閥座后部的密封區(qū)域和空腔，采用反顆粒閥座設(shè)計(jì)。一方面，*的刮擦設(shè)計(jì)閥座可以*去除附著在閥體表面上的顆粒，另一方面，經(jīng)過嚴(yán)格處理的閥座表面與閥體緊密結(jié)合，提供了*的寬帶表面密封。

5 金屬硬密封耐磨球閥設(shè)計(jì)改進(jìn)閥桿硬化處理

閥桿表面采用特殊處理設(shè)計(jì)，滿足用戶要求，強(qiáng)度高，沖擊韌性好，整體和局部抗應(yīng)力腐蝕性能*。同時(shí)，當(dāng)扭矩增加到正常值的兩倍以上時(shí)，閥桿不會(huì)扭曲，閥桿的弱位置將在閥體外。閥桿采用高強(qiáng)度不銹鋼制成，強(qiáng)度高，沖擊韌性好，整體和局部抗應(yīng)力腐蝕性能*。集成結(jié)構(gòu)也構(gòu)成了必要的井噴閥桿結(jié)構(gòu)。同時(shí)，閥桿有足夠的直徑和強(qiáng)度，當(dāng)扭矩增加到正常值的兩倍時(shí)，閥桿就不會(huì)扭曲。閥桿與填料和軸承接觸的硬化處理。提高閥門的耐蝕性和耐磨性，延長閥門的使用壽命。

6 “活載”組合填料設(shè)計(jì)
閥桿組合填料上下采用加不銹鋼的柔性石墨盤根,中間采用模壓成型石墨填料。填料壓板的緊固螺栓設(shè)置蝶型彈簧預(yù)緊(即活載結(jié)構(gòu)),在閥門溫度和應(yīng)力交變中,使填料的預(yù)緊力得到連續(xù)性補(bǔ)償,杜絕外泄漏。如圖2所示。

7 防塵軸承腔設(shè)計(jì)

采用石墨與軸承組合預(yù)緊軸承腔設(shè)計(jì)，軸承擠壓石墨，使柔性石墨靠近閥桿和閥體，有效防止顆粒物質(zhì)進(jìn)入軸承與填料之間的腔內(nèi)，堆積沉淀，擠壓閥桿卡住。

8 防塵設(shè)計(jì)—“封閉式設(shè)計(jì)”

防塵設(shè)計(jì)主要針對(duì)閥座總成彈簧。固定球閥的閥座為浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，預(yù)緊力由彈簧提供。當(dāng)粒狀介質(zhì)進(jìn)入彈簧腔時(shí)，彈簧將被緩沖而失去彈性。閥球和閥座之間的摩擦力矩會(huì)增加，直到執(zhí)行器無法驅(qū)動(dòng)閥門，閥門被卡住致死為止。如圖3所示。
1.耐磨；由于硬密封球閥的閥芯是合金鋼噴焊，密封圈是合金鋼堆焊，所以硬密封球閥在開關(guān)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生太大的磨損
2.密封性能好；由于硬密封球閥的密封是采用人工研磨，直到閥芯與密封圈*吻合才能使用。所以他的密封性能是可靠的
3.開關(guān)輕；由于硬密封球閥的密封圈底部采用彈簧使密封圈與閥芯緊緊抱在一起，所以在外界力量超過彈簧的預(yù)緊力時(shí)開關(guān)非常輕
4.使用壽命長，已廣泛應(yīng)用于石油、化工、等各部門

  針對(duì)原耐磨耐腐蝕球閥存在閥座密封圈與球芯接觸面積大，開關(guān)不夠靈敏及上下閥桿材料利用率低等相關(guān)問題，設(shè)計(jì)了新型耐磨耐腐蝕球閥。通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，克服鑄造時(shí)缺陷，達(dá)到了節(jié)能、節(jié)材及環(huán)保的目的。耐磨球閥安裝在電站鍋爐水除灰管道系統(tǒng)上，作為啟閉裝置閥門。

9 有限元應(yīng)力分析與仿真

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和力學(xué)理論的發(fā)展，有限元分析在閥門整個(gè)設(shè)計(jì)周期中的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟。利用有限元軟件對(duì)球閥設(shè)計(jì)中零件的強(qiáng)度和變形進(jìn)行了分析和優(yōu)化，大大縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期和測試成本，提高了設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

10 金屬硬密封耐磨球閥設(shè)計(jì)改進(jìn)結(jié)語

通過材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝的優(yōu)化，提高了耐磨球閥的密封質(zhì)量和耐磨性，提高了耐磨球閥的可靠性和使用壽命。在實(shí)際運(yùn)行中得到了很好的驗(yàn)證，達(dá)到了預(yù)期的效果，具有廣泛的推廣價(jià)值和使用價(jià)值。金屬硬密封球閥普遍存在使用壽命低、內(nèi)泄漏、操作發(fā)生卡澀（或抱死）等情況。對(duì)耐磨球閥的結(jié)構(gòu)、密封性能、密封面硬化涂層技術(shù)等方面進(jìn)行了介紹。為提高耐磨球閥的可靠性和使用壽命，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)防止物料在彈簧腔處堆積和防止物料粘結(jié)關(guān)閉件。在確定耐磨球閥密封面硬化工藝的同時(shí)，應(yīng)通過優(yōu)化改進(jìn)噴涂工藝參數(shù)，解決易導(dǎo)致涂層產(chǎn)生裂紋的主要問題。后提出了耐磨球閥在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中應(yīng)注意的問題。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組?