耐磨球閥以其獨(dú)特的優(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公認(rèn)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(lái)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 閥體選材

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(mén)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(mén)的使用性能,延長(zhǎng)閥門(mén)的壽命。

2 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(wú)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最小厚度不小于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(mén)兩端采用超音速噴涂，有效防止介質(zhì)沖刷流道。緊急切斷閥

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彈簧獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),無(wú)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)。

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，獨(dú)特的刮擦設(shè)計(jì)閥座可以完全去除附著在閥體表面上的顆粒，另一方面，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格處理的閥座表面與閥體緊密結(jié)合，提供了獨(dú)特的寬帶表面密封。

5 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)力腐蝕性能優(yōu)越。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，閥桿的最弱位置將在閥體外。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)力腐蝕性能優(yōu)越。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(mén)的耐蝕性和耐磨性，延長(zhǎng)閥門(mén)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(pán)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(mén)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。緊急切斷閥

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(wú)法驅(qū)動(dòng)閥門(mén)，閥門(mén)被卡住致死為止。如圖3所示。

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(mén)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(cè)試成本，提高了設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

10 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)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。