金属密封耐磨损球阀的研究与设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)沃泰工业阀门( 中国) 有限公司 作者:张建伟

1、概述

  随着科学技术的发展以及现代工业的需求,金属密封球阀在输送特殊介质的工况中( 如纸浆、水煤浆和硅粉等含有固体颗粒的混合液) 得到越来越广泛的应用。根据工况要求,研制了金属密封耐磨损球阀。

2、结构特点

  金属密封耐磨损球阀采用弹性具有自动补偿功能的阀座结构,防止阀门在含有颗粒介质的工况中或高温情况下出现卡塞现象,提高了阀门使用寿命。球体和阀座具有良好的剪切和自洁功能,适合对颗粒介质和纤维介质的控制。阀杆采用侧装式,能确保填料处可靠密封以及阀杆防吹出。阀门采用双向密封结构,即提高了阀门的密封性能,也保证了介质逆向流动时的密封性能,为防止介质倒流提供了必要的保障。球体和阀座密封面喷涂耐高温高压、耐腐蚀和耐磨损的硬质合金。

3、技术处理

  (1) 金属密封球阀的密封比压较高,在结构设计中考虑密封比压所需要的弹簧预紧力,采用下游阀座固定,上游阀座后设置碟形弹簧补偿结构。

  (2) 考虑温度对金属材料的线性膨胀影响,采用高负载碟形弹簧。既提供了阀门密封比压所需要的初始预紧力,也避免了因温度原因引起球体与阀座卡阻现象,确保阀门启闭灵活。由于固体颗粒介质进入碟簧行程区会引起碟簧卡阻失效,增设了碟簧保护结构,确保阀门在低压情况下的密封性能。

  (3) 由于输送的介质中所含的固体颗粒硬度较高,要求球体与阀座表面具有较高的硬度。否则,阀门启闭的过程中会有固体颗粒镶嵌在球体表面上,影响阀门的整体密封性能。因此球体表面与阀座表面喷涂碳化钨钴、镍基合金或碳化铬等材料。使密封表面硬度达到56 ~ 64HRC。不同的喷涂材料,可以获得不同的硬度。

  (4) 阀座设计成具有自洁功能的刮刀结构,在阀门启闭过程中,能对球体表面吸附物进行刮削,防止固体颗粒进入阀门密封面,增加了阀门使用寿命。

  (5) 球体和阀座采用数控机床加工,专用球面磨床磨削,以及专用研磨机配对研磨。

4、设计计算

  以浮动式DN50-PN6.3 金属密封球阀为例( 图1,表1) ,进行密封比压、总摩擦扭矩、碟形弹簧负载的计算。

浮动式金属密封耐磨损球阀

图1 浮动式金属密封耐磨损球阀

表1 性能参数

浮动式金属密封耐磨损球阀

  4.4、参数分析

  ( 1) 根据计算数据可得qb < q <[q],实现了球阀的金属密封副密封。

  ( 2) 根据ASME B16. 34 选取安全的阀门壁厚,并对中法兰和螺栓螺母强度验算。

  ( 3) 根据计算获得的总摩擦扭矩对阀杆强度校核,并根据总摩擦扭矩选择合理的执行机构。

  ( 4) 参照外型结构尺寸标准,完成整套图纸设计。

5、结语

  阀门通过强度性能试验、密封性能试验、抗磨损性能试验以及实际工况使用证明,金属密封耐磨损球阀适用于含有大量固体颗粒的高温高压介质工况,如聚丙烯项目中反应釜下料管道中含有大量聚丙烯颗粒工况,有机硅项目中含有高硬度硅粉颗粒工况等。

参考文献

  〔1〕GB /T 12237 - 2007,石油、化工及相关工业用的钢制球阀〔S〕.

  〔2〕ASME B16. 34,法兰,螺纹和焊接端连接的阀门〔S〕.

  〔3〕陆陪文. 实用阀门设计手册〔M〕. 北京: 机械工业出版社,2002.

  〔4〕苏志东,尹玉杰,张清双,等. 阀门制造工艺〔M〕. 北京: 化学工业出版社,2011.

  〔5〕章华友,陈元芳. 球阀选型与设计〔M〕. 北京科学技术出版社.

  〔6〕成大先. 机械设计手册〔M〕. 北京: 化学工业出版社,1999.

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