工業(yè)泵網(wǎng)  1概述

目前，海內(nèi)使用的耐磨球閥，一般采用通常的單向密封，閥座達(dá)不到整體密封效應(yīng)。傳統(tǒng)“松動”閥座周圍的間隙導(dǎo)致介質(zhì)蘊蓄和磨損，在使用過程中，因粉塵等顆粒狀物質(zhì)在球體或閥座上粘連，啟閉時易引起閥座或球體磨損、閥座與球體“抱死”，從而導(dǎo)致密封失效。密封材料不耐高溫或密封面損壞又導(dǎo)致閥門泄漏和卡死，這樣大大減少了閥門的使用壽命，并難以適應(yīng)閥門行業(yè)的需要。高溫固定球雙向耐磨球閥應(yīng)用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝和新尺度，采用耐高溫、耐侵蝕的高碳低硫密封墊作為雙向密封奠基，提供了不亂的密封比壓。獨特的閥座組合設(shè)計，具有良好的密封效果和自研磨機能及刮削功能。

2工作原理

高溫雙向耐磨固定球球閥的主要構(gòu)件（見圖1），右閥體、左閥體、球體、閥桿、組合閥座、組合填料、手動裝置組件。閥門在作開關(guān)動作時，圖1中手動裝置7的手柄只需順時針方向旋轉(zhuǎn)90°，球閥作封閉動作；逆時針方向旋轉(zhuǎn)，球體作開啟動作。當(dāng)手柄軸線方向與球閥的軸線方向平行時，球閥處于全開狀態(tài)；當(dāng)手柄軸線方向與球閥的軸線方向垂直時，球閥處于封閉狀態(tài)。

3設(shè)計技術(shù)方案

（1）高溫固定球雙向耐磨球閥為固定球兩片式縱貫球閥，設(shè)計中主要零件部件材料為：閥體材質(zhì)采用WCB、CF8、CF8M，閥桿材質(zhì)為17-4PH、304、316，球體材質(zhì)F304+WC、F316+WC。閥門的設(shè)計泄漏量符合GB/T13927的D級劃定。

（2）球閥在使用過程中做開啟、封閉動作時，因為受介質(zhì)的沖洗、侵蝕和蘊蓄，造成密封面不同程度的磨損，導(dǎo)致閥門泄漏嚴(yán)峻，這時采用組合閥座結(jié)構(gòu)的形式，如圖2，密封墊全部采用倒三角形的獨特設(shè)計，金屬密封閥座與支承圈選用高分子材料的三角形密封圈一，從而根本地杜絕了介質(zhì)竄入閥座底部凝結(jié)，致使閥座密封副與閥體之間徑向泄漏的可能性。

推力圈與底座之間同樣采用高分子材料的三角形密封圈二和密封圈三相互支撐，完全解決了顆粒介質(zhì)竄入彈簧孔導(dǎo)致柱形彈簧無法伸縮的缺陷及高溫或顆粒介質(zhì)狀態(tài)下球體與閥座“抱死”的挫折，保證彈簧在閥座密封副中正常施展作用，使密封比壓始終維持在公道的范圍，實現(xiàn)了高溫工況狀態(tài)下閥門長期運行的高機能可靠性。

（3）填料組合采用分離正、反三角形結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖3。密封套和隔環(huán)把兩組填料分隔，填料一為正三角形，而填料二為反三角形。經(jīng)由反復(fù)實踐，當(dāng)介質(zhì)壓力推動球閥作用于閥桿時，閥桿作開、啟運動時，三角填料一、二有效地轉(zhuǎn)移、清除了石墨粉末依附在閥桿表面使其侵蝕的現(xiàn)象，這樣，閥桿、填料使用壽命進(jìn)步了2～3倍，填料函滲漏率為零。

4工藝要求

（1）確保球體與閥座形成良性密封，主要部件直接由閥門臥式加工中心CWK800加工而成。閥體上安裝組合閥座處徑向公差選用D10級，光結(jié)度要求1.6與之配合。

（2）球體-閥座密封副（如圖4），采用超音速噴涂碳化鎢（HRC≥70）工藝和本公司專利研磨工藝，結(jié)合刮削式寬弧面密封帶結(jié)構(gòu)，球體且必須與閥座配對研磨，使其形成不間斷的密封帶，從而實現(xiàn)零泄漏、抗粘垢、耐沖蝕的目的，延長了閥門的使用壽命。

5計算與驗證

為了保證閥門的密封性能、操作性能以及使用壽命長，對殼體壁厚、密封比壓和閥桿等進(jìn)行計算和驗證。

5.1壁厚

計算厚度SB'：{1.32PD/2［бL］－1.2P}+C式中：P為設(shè)計給定的壓力，MPa；D為閥體內(nèi)腔的最大直徑（設(shè)計給定），mm；C為腐蝕余量（按推薦值選?。?；［бL］為許用拉應(yīng)力（查表可得），mm。

閥體實際壁厚SB可以通過查表法（ASMEB16.34或GB/T1224）與計算壁厚SB'相對比，滿足SB＞SB'產(chǎn)品符合設(shè)計要求。

5.2密封力綜合計算

（1）高溫固定球雙向耐磨球閥是閥前和閥后密封的固定球球閥，其密封面總作用力的計算：

 Q=Q0+Q1－Q2

式中：Q0為流體壓力在閥座密封面上引起的作用力，N；Q1為預(yù)緊力，N；Q2為閥座滑動的摩擦力，N。

流體壓力在閥座密封面上引起的作用力：

 Q0=QMJ－QJ

式中：QMJ為流體靜壓力在閥座密封的力（計算可得），N；QJ為介質(zhì)壓力在間隙中的作用力（計算可得），N。

預(yù)緊力Q1=0.785（D22－D23）qmin

式中：D2為密封面外徑（設(shè)計給定）mm；D3為密封面內(nèi)徑（設(shè)計給定）mm；qmin為預(yù)緊必需的最小比壓（按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取）；閥座滑動的摩擦力Q2：當(dāng)閥座滑動的摩擦力小于0.05QMJ時，在保證足夠?qū)嵱镁鹊那闆r下，為簡化計算，Q2亦可以不考慮。

（2）密封比壓

密封面計算比壓q=4Q/π（D22－D23）

式中：Q為密封面總作用力（上式中得出），N；D2為密封面外徑（設(shè)計給定），mm；D3為密封面內(nèi)徑（設(shè)計給定），mm。

密封面必需比壓qb：

式中：m為與流體性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)（按推薦值選?。?alpha;為與密封面材料有關(guān)的系數(shù)（查表）；C為與密封面材料有關(guān)的系數(shù)；t為密封面寬度（計算可得），mm。

密封面許用比壓：［q］（查表），MPa。根據(jù)密封比壓原理可知，如果要實現(xiàn)密封必須滿足：①Q(mào)MF＜Q；②qb≤q＜［q］的要求，通過合理的設(shè)計與計算，參數(shù)滿足要求。

5.3固定球球閥的閥桿總轉(zhuǎn)矩及強度驗算

總轉(zhuǎn)矩M=Mm+Mt+Mu

式中：Mm為球體與閥座密封圈間的摩擦轉(zhuǎn)矩（計算可得），Nmm；Mt為閥桿與填料間的摩擦總轉(zhuǎn)矩計算可得），Nmm；Mu為軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩計算可得），Nmm。

閥桿斷面扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τN=M/W

式中：M為總轉(zhuǎn)矩，Nm；W為斷面處的抗扭斷面系數(shù)，mm3。

許用扭應(yīng)力［τN］，MPa。如果要實現(xiàn)閥桿的強度滿足設(shè)計要求，必須符合τN＜［τN］的要求，通過合理的設(shè)計與計算，參數(shù)滿足要求。

6結(jié)語

通過設(shè)計計算驗算和實際運用，高溫固定球雙向耐磨球閥完全滿足工況的使用要求，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工、建筑、冶金油品、水、腐蝕性流體工程及鋁業(yè)氧化鋁粉輸送工程，具有廣闊的發(fā)展?jié)撃堋?/p>