金屬硬密封耐磨球閥密封面設計改進

之前介紹SY42AX煤礦水管路減壓閥應用案例，現(xiàn)在介紹金屬硬密封耐磨球閥設計改進通過對耐磨球閥密封材料大量試驗研究，找出了能夠有效抵抗煤液化供氫溶劑的耐腐蝕材料；而通過將原進口球閥的結構進行改進，改變原密封機理，保證了球閥使用的可靠性。耐磨球閥的結構改進和密封材料革新，有效地解決了球閥密封不嚴和泄漏問題。耐磨球閥以其*的優(yōu)點廣泛應用于煤化工、多晶硅、煉油、電廠等領域。金屬硬密封耐磨球閥是目前*的一種同時存在高溫、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。面對越來越高的磨損要求、強烈的沖蝕等工況，耐磨球閥需要在閥體材料選擇、硬質(zhì)表面處理、密封設計、結構設計、加工等方面做出相應的技術改進。
1 金屬硬密封耐磨球閥設計改進閥體選材
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)運力矩增大，閥門開關不夠靈活，上下閥桿設計過大，使用的原材料利用率過低，閥座結構不合理及上密封處有滲水和漏水現(xiàn)象。本實用新型涉及一種耐磨球閥閥座結構，包含閥體、球體、閥座以及O形圈，在閥體內(nèi)轉(zhuǎn)動安裝有球體，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)應滿足下列要求：
(1)材料是鎮(zhèn)靜鋼;
(2)常溫屈服強度≤315MPa、抗拉強度≤590MPa;
(3)碳當量CE＜0.40%,且S≤0.02%、P≤0.025%、Ni＜1%;硼(Boron)含量在0.0005以下。
同時閥門已經(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計改進 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械性能，無裂紋、沙眼等缺陷，保證球體和閥座具有較高的強度；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，在閥門兩端采用超音速噴涂，有效防止介質(zhì)沖刷流道。
3 雙向密封設計
球閥采用雙向硬密封結構設計,可承受雙向全壓差。球閥為了保證實際運行時(有介質(zhì)壓力)閥座與閥球之間有一個足夠的接觸力,從而保證閥座的泄漏標準達到I S O 5208 B級規(guī)定,閥座后面必須有一個彈性元件。閥座后彈簧采用一個Inconel X-750彈簧*的設計結構,無論溫度和壓力如何變化,它始終給閥座一個推力,使其緊緊地靠在閥球上,從而保證閥座泄漏等級。如圖1所示。
4 自清潔閥座設計

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

5 金屬硬密封耐磨球閥設計改進閥桿硬化處理

閥桿表面采用特殊處理設計，滿足用戶要求，強度高，沖擊韌性好，整體和局部抗應力腐蝕性能*。同時，當扭矩增加到正常值的兩倍以上時，閥桿不會扭曲，閥桿的弱位置將在閥體外。閥桿采用高強度不銹鋼制成，強度高，沖擊韌性好，整體和局部抗應力腐蝕性能*。集成結構也構成了必要的井噴閥桿結構。同時，閥桿有足夠的直徑和強度，當扭矩增加到正常值的兩倍時，閥桿就不會扭曲。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”組合填料設計
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置蝶型彈簧預緊(即活載結構),在閥門溫度和應力交變中,使填料的預緊力得到連續(xù)性補償,杜絕外泄漏。如圖2所示。

7 防塵軸承腔設計

采用石墨與軸承組合預緊軸承腔設計，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 防塵設計—“封閉式設計”

防塵設計主要針對閥座總成彈簧。固定球閥的閥座為浮動結構，預緊力由彈簧提供。當粒狀介質(zhì)進入彈簧腔時，彈簧將被緩沖而失去彈性。閥球和閥座之間的摩擦力矩會增加，直到執(zhí)行器無法驅(qū)動閥門，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時不會產(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緊力時開關非常輕
4.使用壽命長，已廣泛應用于石油、化工、等各部門

  針對原耐磨耐腐蝕球閥存在閥座密封圈與球芯接觸面積大，開關不夠靈敏及上下閥桿材料利用率低等相關問題，設計了新型耐磨耐腐蝕球閥。通過改進設計，克服鑄造時缺陷，達到了節(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 有限元應力分析與仿真

隨著計算機技術和力學理論的發(fā)展，有限元分析在閥門整個設計周期中的應用已經(jīng)趨于成熟。利用有限元軟件對球閥設計中零件的強度和變形進行了分析和優(yōu)化，大大縮短了產(chǎn)品設計周期和測試成本，提高了設計水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

10 金屬硬密封耐磨球閥設計改進結語

通過材料選擇、結構設計和加工工藝的優(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。在實際運行中得到了很好的驗證，達到了預期的效果，具有廣泛的推廣價值和使用價值。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。對耐磨球閥的結構、密封性能、密封面硬化涂層技術等方面進行了介紹。為提高耐磨球閥的可靠性和使用壽命，在結構設計上應防止物料在彈簧腔處堆積和防止物料粘結關閉件。在確定耐磨球閥密封面硬化工藝的同時，應通過優(yōu)化改進噴涂工藝參數(shù)，解決易導致涂層產(chǎn)生裂紋的主要問題。后提出了耐磨球閥在設計和生產(chǎn)中應注意的問題。與本文相關的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組?