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1、之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現(xiàn)在介紹耐磨損化工球閥設(shè)計概述
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代工業(yè)的需求，金屬密封球閥在輸送特殊介質(zhì)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(yīng)用。根據(jù)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(jié)構(gòu)，閥體呈圓柱體形，是由多個圓柱體組合而成，環(huán)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(huán)形套裝在閥體和閥蓋的中間，球體環(huán)抱在兩閥座間，止推墊片套裝在閥體內(nèi)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(nèi)，與球體以對扁連接。
  該系列球閥是吸取了國外硬密封技術(shù)而設(shè)計制造，采用特殊的密封結(jié)構(gòu)，具有可靠密封性能，真正實現(xiàn)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(jié)閥門密封副而造成卡阻現(xiàn)象，外形仍保持常規(guī)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(shù)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(guī)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(tǒng)。
該系列球閥，解決了長期以來困擾上述系統(tǒng)中閥門易磨損、需頻繁更換的難題，既節(jié)省采購成本，又能減少系統(tǒng)停機所造成的經(jīng)濟損失。使用溫度可達425℃，驅(qū)動方式有手動、氣動和電動等。

  耐磨球閥與常規(guī)的金屬密封球閥相比有如下特點：
  一、常規(guī)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(zhì)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(jié)構(gòu)，減少了泄漏點，這樣一體化閥座杜絕了介質(zhì)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(xiàn)象。
  二、常規(guī)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(chǎn)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(jié)構(gòu)不同。均能同時實現(xiàn)雙向密封，且泄漏等級均優(yōu)于VI級。

2、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，防止閥門在含有顆粒介質(zhì)的工況中或高溫情況下出現(xiàn)卡塞現(xiàn)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(zhì)和纖維介質(zhì)的控制。閥桿采用側(cè)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(jié)構(gòu)，即提高了閥門的密封性能，也保證了介質(zhì)逆向流動時的密封性能，為防止介質(zhì)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(zhì)合金。
高耐磨球閥產(chǎn)品特點:
高耐磨球閥用三段式球閥，全通徑設(shè)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(shè)計，避免介質(zhì)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(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)閥門磨損情況，方便更換，以降低用戶生產(chǎn)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(guān)靈活，保護閥門安全運行。根據(jù)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(shè)有吹掃、排污功能裝置。高耐磨球閥適用介質(zhì)范圍廣，更適用于含硬質(zhì)顆粒液體及風(fēng)送、氣送粉末顆粒介質(zhì)。
3、技術(shù)處理
(1) 金屬密封球閥的密封比壓較高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮密封比壓所需要的彈簧預(yù)緊力，采用下游閥座固定，上游閥座后設(shè)置碟形彈簧補償結(jié)構(gòu)。

(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(yù)緊力，也避免了因溫度原因引起球體與閥座卡阻現(xiàn)象，確保閥門啟閉靈活。由于固體顆粒介質(zhì)進入碟簧行程區(qū)會引起碟簧卡阻失效，增設(shè)了碟簧保護結(jié)構(gòu)，確保閥門在低壓情況下的密封性能。

(3) 由于輸送的介質(zhì)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(shè)計成具有自潔功能的刮刀結(jié)構(gòu)，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(shù)控機床加工，球面磨床磨削，以及研磨機配對研磨。

4、設(shè)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(fā)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(fā)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(guān)閉機構(gòu)發(fā)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(fā)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(chǎn)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(fā)生這種磨損．如用于輸送泥漿的閥門或常在高爐給料系統(tǒng)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(xué)腐蝕的作用，那就會發(fā)生腐蝕磨損。大多數(shù)耐蝕合金zui初會因化學(xué)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(zhì)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(fù)滑動或滾動時，可以觀察到表面疲勞磨損的現(xiàn)象。由于零件表面或表層下的裂紋在重復(fù)循環(huán)應(yīng)力作用下發(fā)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(fā)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(chǎn)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(nèi)部形成氣泡時發(fā)生的。它出現(xiàn)在水翼、蒸汽閥和蒸汽透平等上。由于氣泡崩潰時產(chǎn)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?shù)脑O(shè)計、使壓力降減至zui小就可避免。然而，如果設(shè)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(yōu)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(shù)

浮動式金屬密封耐磨損球閥

4.4、參數(shù)分析

( 1) 根據(jù)計算數(shù)據(jù)可得qb < q <[q]，實現(xiàn)了球閥的金屬密封副密封。

( 2) 根據(jù)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(jù)計算獲得的總摩擦扭矩對閥桿強度校核，并根據(jù)總摩擦扭矩選擇合理的執(zhí)行機構(gòu)。

( 4) 參照外型結(jié)構(gòu)尺寸標準，完成整套圖紙設(shè)計。

5、結(jié)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(zhì)工況，如聚丙烯項目中反應(yīng)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(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥