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金属硬密封耐磨球阀设计改进

  • 发布日期:2019/8/16      浏览次数:647
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    之前介绍SY42AX煤矿水管路减压阀应用案例,现在介绍金属硬密封耐磨球阀设计改进通过对耐磨球阀密封材料大量试验研究,找出了能够有效抵抗煤液化供氢溶剂的耐腐蚀材料;而通过将原进口球阀的结构进行改进,改变原密封机理,保证了球阀使用的可靠性。耐磨球阀的结构改进和密封材料革新,有效地解决了球阀密封不严和泄漏问题。耐磨球阀以其*的优点广泛应用于煤化工、多晶硅、炼油、电厂等领域。金属硬密封耐磨球阀是目前*的一种同时存在高温、高压和固体颗粒介质的球阀。然而,金属硬密封球阀存在着使用寿命低、内部泄漏、工作中卡住(或保持)等现象。面对越来越高的磨损要求、强烈的冲蚀等工况,耐磨球阀需要在阀体材料选择、硬质表面处理、密封设计、结构设计、加工等方面做出相应的技术改进。
    1 金属硬密封耐磨球阀设计改进阀体选材
    上海申弘阀门有限公司主营阀门有:蒸汽减压阀,减压阀(气体减压阀,可调式减压阀 耐磨球阀使用过程中还存在一些问题,如阀座密封与球芯接触面积大,致使驱运力矩增大,阀门开关不够灵活,上下阀杆设计过大,使用的原材料利用率过低,阀座结构不合理及上密封处有渗水和漏水现象。本实用新型涉及一种耐磨球阀阀座结构,包含阀体、球体、阀座以及O形圈,在阀体内转动安装有球体,与在球体接触位置的阀体内制有一阀座安装环槽,并且在该安装环槽内压装有一与流道同轴的阀座,阀座与球体的密封面位置为金属密封接触;在阀座与阀体的径向接触面中部上同轴限位安装有一O形圈,在阀座与阀体的轴向接触面之间同轴安装有一橡胶圈,橡胶圈的外周面中部制有一径向凸环;在橡胶圈与阀体的轴向接触面之间同轴安装有一垫圈。本实用新型阀门使用寿命长,密封性能好,有效解决球阀使用寿命短,易泄露的问题。耐磨球阀阀体锻件或铸件材料选用碳钢、双相钢,酸性湿H 2 S介质用碳钢材质应满足下列要求:
    (1)材料是镇静钢;
    (2)常温屈服强度≤315MPa、抗拉强度≤590MPa;
    (3)碳当量CE<0.40%,且S≤0.02%、P≤0.025%、Ni<1%;硼(Boron)含量在0.0005以下。
    同时阀门已经考虑足够的磨损裕量和耐冲刷,可以根据工况部分覆盖SAF2205,机械加工后厚度不小于3mm,保证阀门的使用性能,延长阀门的寿命。


    2金属硬密封耐磨球阀设计改进 球体和阀座硬化处理
    耐磨球阀球座材料采用不锈钢锻件,锻件具有良好的致密性和机械性能,无裂纹、沙眼等缺陷,保证球体和阀座具有较高的强度;阀芯喷涂熔断器-20的表面硬化处理,加工抛光后硬化层的小厚度不小于0.8mm,表面硬度不低于HRC 62。所有硬化层的附着力均不低于30000PSI。同时,在阀门两端采用超音速喷涂,有效防止介质冲刷流道。
    3 双向密封设计
    球阀采用双向硬密封结构设计,可承受双向全压差。球阀为了保证实际运行时(有介质压力)阀座与阀球之间有一个足够的接触力,从而保证阀座的泄漏标准达到I S O 5208 B级规定,阀座后面必须有一个弹性元件。阀座后弹簧采用一个Inconel X-750弹簧*的设计结构,无论温度和压力如何变化,它始终给阀座一个推力,使其紧紧地靠在阀球上,从而保证阀座泄漏等级。如图1所示。
    4 自清洁阀座设计

    为了防止颗粒介质进入阀座后部的密封区域和空腔,采用反颗粒阀座设计。一方面,*的刮擦设计阀座可以*去除附着在阀体表面上的颗粒,另一方面,经过严格处理的阀座表面与阀体紧密结合,提供了*的宽带表面密封。

    5 金属硬密封耐磨球阀设计改进阀杆硬化处理

    阀杆表面采用特殊处理设计,满足用户要求,强度高,冲击韧性好,整体和局部抗应力腐蚀性能优越。同时,当扭矩增加到正常值的两倍以上时,阀杆不会扭曲,阀杆的弱位置将在阀体外。阀杆采用高强度不锈钢制成,强度高,冲击韧性好,整体和局部抗应力腐蚀性能优越。集成结构也构成了必要的井喷阀杆结构。同时,阀杆有足够的直径和强度,当扭矩增加到正常值的两倍时,阀杆就不会扭曲。阀杆与填料和轴承接触的硬化处理。提高阀门的耐蚀性和耐磨性,延长阀门的使用寿命。

    6 “活载”组合填料设计
    阀杆组合填料上下采用加不锈钢的柔性石墨盘根,中间采用模压成型石墨填料。填料压板的紧固螺栓设置蝶型弹簧预紧(即活载结构),在阀门温度和应力交变中,使填料的预紧力得到连续性补偿,杜绝外泄漏。如图2所示。


    7 防尘轴承腔设计

    采用石墨与轴承组合预紧轴承腔设计,轴承挤压石墨,使柔性石墨靠近阀杆和阀体,有效防止颗粒物质进入轴承与填料之间的腔内,堆积沉淀,挤压阀杆卡住。

    8 防尘设计—“封闭式设计”

    防尘设计主要针对阀座总成弹簧。固定球阀的阀座为浮动结构,预紧力由弹簧提供。当粒状介质进入弹簧腔时,弹簧将被缓冲而失去弹性。阀球和阀座之间的摩擦力矩会增加,直到执行器无法驱动阀门,阀门被卡住致死为止。如图3所示。
    1.耐磨;由于硬密封球阀的阀芯是合金钢喷焊,密封圈是合金钢堆焊,所以硬密封球阀在开关时不会产生太大的磨损
    2.密封性能好;由于硬密封球阀的密封是采用人工研磨,直到阀芯与密封圈*吻合才能使用。所以他的密封性能是可靠的
    3.开关轻;由于硬密封球阀的密封圈底部采用弹簧使密封圈与阀芯紧紧抱在一起,所以在外界力量超过弹簧的预紧力时开关非常轻
    4.使用寿命长,已广泛应用于石油、化工、等各部门

      针对原耐磨耐腐蚀球阀存在阀座密封圈与球芯接触面积大,开关不够灵敏及上下阀杆材料利用率低等相关问题,设计了新型耐磨耐腐蚀球阀。通过改进设计,克服铸造时缺陷,达到了节能、节材及环保的目的。耐磨球阀安装在电站锅炉水除灰管道系统上,作为启闭装置阀门。

    9 有限元应力分析与仿真

    随着计算机技术和力学理论的发展,有限元分析在阀门整个设计周期中的应用已经趋于成熟。利用有限元软件对球阀设计中零件的强度和变形进行了分析和优化,大大缩短了产品设计周期和测试成本,提高了设计水平和产品质量。

    10 金属硬密封耐磨球阀设计改进结语

    通过材料选择、结构设计和加工工艺的优化,提高了耐磨球阀的密封质量和耐磨性,提高了耐磨球阀的可靠性和使用寿命。在实际运行中得到了很好的验证,达到了预期的效果,具有广泛的推广价值和使用价值。金属硬密封球阀普遍存在使用寿命低、内泄漏、操作发生卡涩(或抱死)等情况。对耐磨球阀的结构、密封性能、密封面硬化涂层技术等方面进行了介绍。为提高耐磨球阀的可靠性和使用寿命,在结构设计上应防止物料在弹簧腔处堆积和防止物料粘结关闭件。在确定耐磨球阀密封面硬化工艺的同时,应通过优化改进喷涂工艺参数,解决易导致涂层产生裂纹的主要问题。后提出了耐磨球阀在设计和生产中应注意的问题。与本文相关的论文:自力式煤气调压阀组​