上海申弘閥門有限公司
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耐磨損化工球閥設計 耐磨損球閥設計 化工球閥設計 化工球閥 耐磨損球閥 化工球閥選型
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1、之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現在介紹耐磨損化工球閥設計概述
隨著科學技術的發展以及現代工業的需求，金屬密封球閥在輸送特殊介質的工況中( 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用。根據工況要求，研制了金屬密封耐磨損球閥。耐磨球閥其特征在于：采用頂裝式結構，閥體呈圓柱體形，是由多個圓柱體組合而成，環形的墊片套裝在閥蓋連接螺紋根部，閥蓋是一閥座的支撐件，閥座為環形套裝在閥體和閥蓋的中間，球體環抱在兩閥座間，止推墊片套裝在閥體內的閥桿上，使閥桿的端面與閥體的閥桿孔端面不直接接觸，圓柱形的閥桿套裝在閥體內，與球體以對扁連接。
該系列球閥是吸取了國外硬密封技術而設計制造，采用特殊的密封結構，具有可靠密封性能，真正實現零泄漏。球體和閥座具有良好剪切自潔功能，消除了因粉塵顆粒粘結閥門密封副而造成卡阻現象，外形仍保持常規球閥的美觀。其密封副采用超音速火焰噴涂碳化鎢超耐磨合金技術進行處理，具有高硬度和超常耐磨的性能，硬度達HRC75～80，使用壽命是目前常規金屬密封球閥的8倍；適合于有機硅、多晶硅項目等特殊工況系統。
該系列球閥，解決了長期以來困擾上述系統中閥門易磨損、需頻繁更換的難題，既節省采購成本，又能減少系統停機所造成的經濟損失。使用溫度可達425℃，驅動方式有手動、氣動和電動等。
耐磨球閥與常規的金屬密封球閥相比有如下特點：
一、常規的金屬密封球閥，都是采用兩個獨立的閥座進行密封，泄漏點較多。且閥座四周的間隙給傳輸介質提供了磨損、積聚的場所，嚴重地影響了閥門的正常運行，易造成閥座損壞。該系列球閥，其左端采用一體化閥座，即閥座為左閥體的一部分，形成連體結構，減少了泄漏點，這樣一體化閥座杜絕了介質在閥座周圍的泄漏，良好的剪切自潔功能消除了粉塵顆粒造成的卡阻現象。
二、常規的金屬密封球閥，球體的硬化處理通常是采取表面鍍鉻或離子氮化,其硬化層很薄,因此產品的抗磨性能差而造成使用壽命短。該系列球閥，密封副采用超音速火焰噴涂碳化鎢超耐磨合金,使其具有高硬度和超常耐磨的性能。
三、前后閥座的密封結構不同。均能同時實現雙向密封，且泄漏等級均優于VI級。
2、結構特點
金屬密封耐磨損球閥采用彈性具有自動補償功能的閥座結構，防止閥門在含有顆粒介質的工況中或高溫情況下出現卡塞現象，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，適合對顆粒介質和纖維介質的控制。閥桿采用側裝式，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構，即提高了閥門的密封性能，也保證了介質逆向流動時的密封性能，為防止介質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合金。
高耐磨球閥產品特點:
高耐磨球閥用三段式球閥，全通徑設計，流通能力大，流阻小，減緩磨損，延長閥門使用壽命。
閥座密封副采用隱藏式設計，避免介質直接沖刷損傷。本耐磨球閥配有特殊材料與工藝制造的高耐磨護套，通道表面噴涂碳化鎢，達到多層保護增強耐磨性能。高耐磨護套采用活接結構，用戶可根據閥門磨損情況，方便更換，以降低用戶生產使用成本。球體采用特殊材料與工藝制造，并噴涂碳化鎢高硬涂層以增強球體耐磨和抗沖刷性能。本耐磨球閥操作采用蝸輪傳動，減輕球閥操作力矩，開關靈活，保護閥門安全運行。根據用戶的需要可以提供氣動或電動高耐磨球閥。本高耐磨球閥設有吹掃、排污功能裝置。高耐磨球閥適用介質范圍廣，更適用于含硬質顆粒液體及風送、氣送粉末顆粒介質。
3、技術處理
(1) 金屬密封球閥的密封比壓較高，在結構設計中考慮密封比壓所需要的彈簧預緊力，采用下游閥座固定，上游閥座后設置碟形彈簧補償結構。
(2) 考慮溫度對金屬材料的線性膨脹影響，采用高負載碟形彈簧。既提供了閥門密封比壓所需要的初始預緊力，也避免了因溫度原因引起球體與閥座卡阻現象，確保閥門啟閉靈活。由于固體顆粒介質進入碟簧行程區會引起碟簧卡阻失效，增設了碟簧保護結構，確保閥門在低壓情況下的密封性能。
(3) 由于輸送的介質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。使密封表面硬度達到56 ～ 64HRC。不同的噴涂材料，可以獲得不同的硬度。
(4) 閥座設計成具有自潔功能的刮刀結構，在閥門啟閉過程中，能對球體表面吸附物進行刮削，防止固體顆粒進入閥門密封面，增加了閥門使用壽命。
(5) 球體和閥座采用數控機床加工，球面磨床磨削，以及研磨機配對研磨。
4、設計計算
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥以浮動式DN50-PN6.3 金屬密封球閥為例( 圖1，表1) ，進行密封比壓、總摩擦扭矩、碟形彈簧負載的計算。材料的磨損可分為幾種類型？材料的唐損，一般來說可分為如下幾種類型：黏著磨損，即金屬對金屬的磨損；磨粒磨損；沖蝕磨損；腐蝕磨損；表面疲勞磨損。
①黏著磨損：黏著磨損通常是由于金屬間發生滑動而引起的。當兩塊金屬被壓在一起時，凹凸不平的表面互相接觸形成接合點，滑動時這些接合點破裂形成新的接合點，zui終形成磨粒。人們之所以不希望發生黏著磨損是因為：a）材料的磨損會使零件尺寸公差增大，進而使閥門關閉機構發生泄漏和損壞Ib）磨屑，尤其是由擦傷或黏著而形成的大顆粒磨屑將會卡住閥門的運動部件，使閥門失效。-
②磨粒磨損：磨粒磨損是峰硬粒子在載荷作用下切割材料而發生的。堅硬的顆粒如砂、氧化鋁、碳化物等在正常載荷作用下壓人軟金屬的表面．滑動時就劃出溝槽，從而形成金屬碎屑或疏松的磨屑。在這一點上，磨粒磨損和“微切削加工”是相似的。
③沖蝕磨損：沖蝕磨損是因懸浮在流體中的微粒在動能作用下產生切削作用而引起的一種特殊形式的磨粒磨損。用于輸送含有固體的閥門將會發生這種磨損．如用于輸送泥漿的閥門或常在高爐給料系統上使用的閉鎖漏斗閥就是典型的例子。
④腐蝕磨損：如果磨損的表面受到化學腐蝕的作用，那就會發生腐蝕磨損。大多數耐蝕合金zui初會因化學腐蝕作用而形成一層倮護層，然而，當表面滑動時，這層保護層可能被磨掉。裸露的金屬暴露在周圍腐蝕性介質巾，從而使磨損率增加（氧化磨損和腐蝕磨損是同義語）。
⑤表面疲勞磨損：在封閉的軌道上作重復滑動或滾動時，可以觀察到表面疲勞磨損的現象。由于零件表面或表層下的裂紋在重復循環應力作用下發生擴展，疲勞磨損通常會在表面形成凹坑。表面疲勞磨損一般發生在滾動元件如軸承、齒輪等零件上。
除上述幾種磨損類型外，還有微動磨損或腐蝕、汽蝕等～些特殊磨損類型。
微動磨損或腐蝕：微動磨損是由產生氧化磨損碎片的微小切線振動而形成的。因此，氧化物像磨粒一樣引起進一步的磨損。
汽蝕：這種磨損是液體因壓力突然變化在內部形成氣泡時發生的。它出現在水翼、蒸汽閥和蒸汽透平等上。由于氣泡崩潰時產生的機械沖擊使金屬表面形成孔穴，這種磨損通常’通過對閥門進適當的設計、使壓力降減至zui小就可避免。然而，如果設計上無法避免，那么就可以采用某些鈷基合金作為零件的材料，因為這些合金的耐汽蝕性能遠優于其他合金材料。浮動式金屬密封耐磨損球閥
圖1 浮動式金屬密封耐磨損球閥
表1 性能參數
浮動式金屬密封耐磨損球閥
4.4、參數分析
( 1) 根據計算數據可得qb < q <[q]，實現了球閥的金屬密封副密封。
( 2) 根據ASME B16. 34 選取安全的閥門壁厚，并對中法蘭和螺栓螺母強度驗算。
( 3) 根據計算獲得的總摩擦扭矩對閥桿強度校核，并根據總摩擦扭矩選擇合理的執行機構。
( 4) 參照外型結構尺寸標準，完成整套圖紙設計。
5、結語
閥門通過強度性能試驗、密封性能試驗、抗磨損性能試驗以及實際工況使用證明，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工況，如聚丙烯項目中反應釜下料管道中含有大量聚丙烯顆粒工況，有機硅項目中含有高硬度硅粉顆粒工況等。與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥
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