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耐磨球阀技术改进分析

耐磨球阀以其独特的优点广泛应用于煤化工、多晶硅、炼油、电厂等领域。金属硬密封耐磨球阀是目前公认的一种同时存在高温、高压和固体颗粒介质的球阀。然而,金属硬密封球阀存在着使用寿命低、内部泄漏、工作中卡住(或保持)等现象。面对越来越高的磨损要求、强烈的冲蚀等工况,耐磨球阀需要在阀体材料选择、硬质表面处理、密封设计、结构设计、加工等方面做出相应的技术改进。

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H 2 S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

耐磨球阀球座材料采用不锈钢锻件,锻件具有良好的致密性和机械性能,无裂纹、沙眼等缺陷,保证球体和阀座具有较高的强度;阀芯喷涂熔断器-20的表面硬化处理,加工抛光后硬化层的最小厚度不小于0.8mm,表面硬度不低于HRC 62。所有硬化层的附着力均不低于30000PSI。同时,在阀门两端采用超音速喷涂,有效防止介质冲刷流道。

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I S O 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。

图1 双向密封

图2 组合填料

图3 防尘轴承箱

4 自清洁阀座设计

为了防止颗粒介质进入阀座后部的密封区域和空腔,采用反颗粒阀座设计。一方面,独特的刮擦设计阀座可以完全去除附着在阀体表面上的颗粒,另一方面,经过严格处理的阀座表面与阀体紧密结合,提供了独特的宽带表面密封。

5 阀杆硬化处理

阀杆表面采用特殊处理设计,满足用户要求,强度高,冲击韧性好,整体和局部抗应力腐蚀性能优越。同时,当扭矩增加到正常值的两倍以上时,阀杆不会扭曲,阀杆的最弱位置将在阀体外。阀杆采用高强度不锈钢制成,强度高,冲击韧性好,整体和局部抗应力腐蚀性能优越。集成结构也构成了必要的井喷阀杆结构。同时,阀杆有足够的直径和强度,当扭矩增加到正常值的两倍时,阀杆就不会扭曲。阀杆与填料和轴承接触的硬化处理。提高阀门的耐蚀性和耐磨性,延长阀门的使用寿命。

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预紧轴承腔设计,轴承挤压石墨,使柔性石墨靠近阀杆和阀体,有效防止颗粒物质进入轴承与填料之间的腔内,堆积沉淀,挤压阀杆卡住。

8 防尘设计—“封闭式设计”

防尘设计主要针对阀座总成弹簧。固定球阀的阀座为浮动结构,预紧力由弹簧提供。当粒状介质进入弹簧腔时,弹簧将被缓冲而失去弹性。阀球和阀座之间的摩擦力矩会增加,直到执行器无法驱动阀门,阀门被卡住致死为止。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,有限元分析在阀门整个设计周期中的应用已经趋于成熟。利用有限元软件对球阀设计中零件的强度和变形进行了分析和优化,大大缩短了产品设计周期和测试成本,提高了设计水平和产品质量。

10 结语

通过材料选择、结构设计和加工工艺的优化,提高了耐磨球阀的密封质量和耐磨性,提高了耐磨球阀的可靠性和使用寿命。在实际运行中得到了很好的验证,达到了预期的效果,具有广泛的推广价值和使用价值。

标签:耐磨球阀 

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