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耐磨球阀技术改进分析

2018-03-31

要:通过研究耐磨球阀的生产制造工艺,从阀体选材、硬面处理、结构设计、加工工艺等方面进行技术改进,为提高耐磨球迷使用性能和寿命的研究提供依据。 
   耐磨球阀以其特有的优势,广泛应用于煤化工、多晶硅、炼油、发电厂等领域,对于同时存在高温、高压、含固体颗粒介质的场合,金属硬密封耐磨球阀是目前被普遍认可的一种阀门。但金属硬密封球阀普遍存在使用寿命低、内泄露、操作发生卡涩(或抱死)等现象,面对越来越高的磨损要求、强冲蚀等工况,耐磨球阀需要在阀体选材、硬面处理、密封设计、结构设计、加工等方面进行相应技术改进。 
  1 阀体选材 
  耐磨球阀阀体锻件或铸件材料选用碳钢、双相钢,酸性湿H2S介质用碳钢材质应满足下列要求: 
  (1)材料是镇静钢; 
  (2)常温屈服强度≤315MPa、抗拉强度≤590MPa; 
  (3)碳当量CE<0.40%,且S≤0.02%、P≤0.025%、Ni<1%;硼(Boron)含量在0.0005以下。 
  同时阀门已经考虑足够的磨损裕量和耐冲刷,可以根据工况部分覆盖SAF2205,机械加工后厚度不小于3mm,保证阀门的使用性能,延长阀门的寿命。 
  2 球体和阀座硬化处理 
  耐磨球阀的球体和阀座材料采用不锈钢锻件材料,锻造的材料致密性及机械性能较好,不存在裂纹,沙眼等瑕疵,保证球体和阀座具有较高的强度;阀芯表面硬化处理方式喷熔司太莱SF-20,在机械加工和抛光后硬化层的最小厚度不小于0.8mm,表面硬度不低于HRC62。所有硬化层的粘合力均不小于30000PSI。同时阀两端通道采用超音速喷涂,有效防止介质对流道的冲刷。 
  3 双向密封设计 
  球阀采用双向硬密封结构设计,可承受双向全压差。球阀为了保证实际运行时(有介质压力)阀座与阀球之间有一个足够的接触力,从而保证阀座的泄漏标准达到ISO 5208 B级规定,阀座后面必须有一个弹性元件。阀座后弹簧采用一个Inconel X-750弹簧独特的设计结构,无论温度和压力如何变化,它始终给阀座一个推力,使其紧紧地靠在阀球上,从而保证阀座泄漏等级。如图1所示。 
  4 自清洁阀座设计 
  为了防止颗粒介质进入阀座背密封区域和阀腔,使用了防颗粒阀座设计,而独特的刮削式设计阀座一方面能完全清除附着在阀球表面的颗粒,另一方面严密加工的阀座面与阀球紧密磨合,提供了一个独特的宽带面密封。 
  5 阀杆硬化处理 
  阀门的阀杆表面采用特殊处理设计,保证满足用户的要求;它们具有高强度、良好的冲击韧性以及更优越的整体和局部的抗应力腐蚀能力。同时当扭矩增加到正常值的两倍以上时,阀杆不会被扭断,阀杆最薄弱位置位于阀体之外。阀杆的材料采用高强度不锈钢,它具有高强度、良好的冲击韧性以及更优越的整体和局部的抗应力腐蚀能力。而一体化的结构也形成了本质防喷阀杆结构。同时阀杆具有足够的直径和强度,当扭矩增加到正常值的两倍,阀杆不会被扭断。阀杆与填料及轴承接触部位硬化处理。增强耐蚀耐磨性,延长阀门寿命。 
  6 “活载”组合填料设计 
  阀杆组合填料上下采用加不锈钢的柔性石墨盘根,中间采用模压成型石墨填料。填料压板的紧固螺栓设置蝶型弹簧预紧(即活载结构),在阀门温度和应力交变中,使填料的预紧力得到连续性补偿,杜绝外泄漏。如图2所示。 
  7 防尘轴承腔设计 
  采用石墨与轴承组合的预紧轴承腔设计,轴承挤压石墨,使柔性石墨紧贴阀杆与主阀体,有效防止颗粒性物料进入轴承与填料之间的空腔,堆积沉淀,挤压阀杆造成阀杆卡死。 
  8 防尘设计—“封闭式设计” 
  防尘设计主要是针对阀座组合件中的弹簧而言的。固定球阀的阀座为浮动结构,预紧力靠弹簧提供,若颗粒性介质进入弹簧腔,就会把弹簧垫死,失去弹性,阀球与阀座摩擦力矩增加,直至执行机构无法无法带动阀门,阀门卡死。如图3所示。 
  9 有限元应力分析与仿真 
  随着计算机技术和力学理论的发展,在阀门整个设计周期中采用有限元分析进行数值仿真已经走向成熟。SHK在球阀设计中采用有限元软件對零件的强度和变形问题进行分析并进行优化设计,大大缩短了产品设计周期和试验成本,提高设计水平和产品质量。 
  10 结语 
  通过选材、结构设计、加工工艺等方面的技术优化,改善了耐磨球阀的密封质量、耐磨性能,提高了可靠性和使用寿命。在实际运行中得到了很好的验证,达到预期效果,具有广泛的推广价值和使用价值。

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