不锈钢球阀

金属密封耐磨损球阀的研究与设计

2019-10-22

介绍了输送含固体颗粒混合液使用的金属密封耐磨损球阀的结构特点,分析了其设计难点以及相关解决方案,列举了典型零件的设计计算。 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

    介绍了输送含固体颗粒混合液使用的金属密封耐磨损球阀的结构特点,分析了其设计难点以及相关解决方案,列举了典型零件的设计计算。
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白洁功能,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DN50一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。
图1 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
    表1 性能参数
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。