金屬密封耐磨損球閥的研究與設(shè)計(jì)

2013-09-20 張建偉沃泰工業(yè)閥門( 中國) 有限公司

1、概述

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代工業(yè)的需求，金屬密封球閥在輸送特殊介質(zhì)的工況中( 如紙漿、水煤漿和硅粉等含有固體顆粒的混合液) 得到越來越廣泛的應(yīng)用。根據(jù)工況要求，研制了金屬密封耐磨損球閥。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　金屬密封耐磨損球閥采用彈性具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的閥座結(jié)構(gòu)，防止閥門在含有顆粒介質(zhì)的工況中或高溫情況下出現(xiàn)卡塞現(xiàn)象，提高了閥門使用壽命。球體和閥座具有良好的剪切和自潔功能，適合對(duì)顆粒介質(zhì)和纖維介質(zhì)的控制。閥桿采用側(cè)裝式，能確保填料處可靠密封以及閥桿防吹出。閥門采用雙向密封結(jié)構(gòu)，即提高了閥門的密封性能，也保證了介質(zhì)逆向流動(dòng)時(shí)的密封性能，為防止介質(zhì)倒流提供了必要的保障。球體和閥座密封面噴涂耐高溫高壓、耐腐蝕和耐磨損的硬質(zhì)合金。

3、技術(shù)處理

　　(1) 金屬密封球閥的密封比壓較高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮密封比壓所需要的彈簧預(yù)緊力，采用下游閥座固定，上游閥座后設(shè)置碟形彈簧補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。

　　(2) 考慮溫度對(duì)金屬材料的線性膨脹影響，采用高負(fù)載碟形彈簧。既提供了閥門密封比壓所需要的初始預(yù)緊力，也避免了因溫度原因引起球體與閥座卡阻現(xiàn)象，確保閥門啟閉靈活。由于固體顆粒介質(zhì)進(jìn)入碟簧行程區(qū)會(huì)引起碟簧卡阻失效，增設(shè)了碟簧保護(hù)結(jié)構(gòu)，確保閥門在低壓情況下的密封性能。

　　(3) 由于輸送的介質(zhì)中所含的固體顆粒硬度較高，要求球體與閥座表面具有較高的硬度。否則，閥門啟閉的過程中會(huì)有固體顆粒鑲嵌在球體表面上，影響閥門的整體密封性能。因此球體表面與閥座表面噴涂碳化鎢鈷、鎳基合金或碳化鉻等材料。使密封表面硬度達(dá)到56 ～ 64HRC。不同的噴涂材料，可以獲得不同的硬度。

　　(4) 閥座設(shè)計(jì)成具有自潔功能的刮刀結(jié)構(gòu)，在閥門啟閉過程中，能對(duì)球體表面吸附物進(jìn)行刮削，防止固體顆粒進(jìn)入閥門密封面，增加了閥門使用壽命。

　　(5) 球體和閥座采用數(shù)控機(jī)床加工，專用球面磨床磨削，以及專用研磨機(jī)配對(duì)研磨。

4、設(shè)計(jì)計(jì)算

　　以浮動(dòng)式DN50-PN6.3 金屬密封球閥為例( 圖1，表1) ，進(jìn)行密封比壓、總摩擦扭矩、碟形彈簧負(fù)載的計(jì)算。

浮動(dòng)式金屬密封耐磨損球閥

圖1 浮動(dòng)式金屬密封耐磨損球閥

表1 性能參數(shù)

浮動(dòng)式金屬密封耐磨損球閥

　　4.4、參數(shù)分析

　　( 1) 根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)可得qb < q <[q]，實(shí)現(xiàn)了球閥的金屬密封副密封。

　　( 2) 根據(jù)ASME B16. 34 選取安全的閥門壁厚，并對(duì)中法蘭和螺栓螺母強(qiáng)度驗(yàn)算。

　　( 3) 根據(jù)計(jì)算獲得的總摩擦扭矩對(duì)閥桿強(qiáng)度校核，并根據(jù)總摩擦扭矩選擇合理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　( 4) 參照外型結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)準(zhǔn)，完成整套圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。

5、結(jié)語

　　閥門通過強(qiáng)度性能試驗(yàn)、密封性能試驗(yàn)、抗磨損性能試驗(yàn)以及實(shí)際工況使用證明，金屬密封耐磨損球閥適用于含有大量固體顆粒的高溫高壓介質(zhì)工況，如聚丙烯項(xiàng)目中反應(yīng)釜下料管道中含有大量聚丙烯顆粒工況，有機(jī)硅項(xiàng)目中含有高硬度硅粉顆粒工況等。