耐磨球閥技術(shù)改進(jìn)分析

郝檁

摘 要：通過(guò)研究耐磨球閥的生產(chǎn)制造工藝，從閥體選材、硬面處理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝等方面進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，為提高耐磨球迷使用性能和壽命的研究提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：耐磨球閥；技術(shù)改進(jìn)；選材；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ59 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）01-0064-01

耐磨球閥以其特有的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于煤化工、多晶硅、煉油、發(fā)電廠等領(lǐng)域，對(duì)于同時(shí)存在高溫、高壓、含固體顆粒介質(zhì)的場(chǎng)合，金屬硬密封耐磨球閥是目前被普遍認(rèn)可的一種閥門(mén)。但金屬硬密封球閥普遍存在使用壽命低、內(nèi)泄露、操作發(fā)生卡澀（或抱死）等現(xiàn)象，面對(duì)越來(lái)越高的磨損要求、強(qiáng)沖蝕等工況，耐磨球閥需要在閥體選材、硬面處理、密封設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工等方面進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)改進(jìn)。

1 閥體選材

耐磨球閥閥體鍛件或鑄件材料選用碳鋼、雙相鋼，酸性濕H2S介質(zhì)用碳鋼材質(zhì)應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：

（1）材料是鎮(zhèn)靜鋼；

（2）常溫屈服強(qiáng)度≤315MPa、抗拉強(qiáng)度≤590MPa；

（3）碳當(dāng)量CE<0.40%，且S≤0.02%、P≤0.025%、Ni<1%；硼（Boron）含量在0.0005以下。

同時(shí)閥門(mén)已經(jīng)考慮足夠的磨損裕量和耐沖刷，可以根據(jù)工況部分覆蓋SAF2205，機(jī)械加工后厚度不小于3mm，保證閥門(mén)的使用性能，延長(zhǎng)閥門(mén)的壽命。

2 球體和閥座硬化處理

耐磨球閥的球體和閥座材料采用不銹鋼鍛件材料，鍛造的材料致密性及機(jī)械性能較好，不存在裂紋，沙眼等瑕疵，保證球體和閥座具有較高的強(qiáng)度；閥芯表面硬化處理方式噴熔司太萊SF-20，在機(jī)械加工和拋光后硬化層的最小厚度不小于0.8mm，表面硬度不低于HRC62。所有硬化層的粘合力均不小于30000PSI。同時(shí)閥兩端通道采用超音速?lài)娡?，有效防止介質(zhì)對(duì)流道的沖刷。

3 雙向密封設(shè)計(jì)

球閥采用雙向硬密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可承受雙向全壓差。球閥為了保證實(shí)際運(yùn)行時(shí)（有介質(zhì)壓力）閥座與閥球之間有一個(gè)足夠的接觸力，從而保證閥座的泄漏標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到ISO 5208 B級(jí)規(guī)定，閥座后面必須有一個(gè)彈性元件。閥座后彈簧采用一個(gè)Inconel X-750彈簧獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，無(wú)論溫度和壓力如何變化，它始終給閥座一個(gè)推力，使其緊緊地靠在閥球上，從而保證閥座泄漏等級(jí)。如圖1所示。

4 自清潔閥座設(shè)計(jì)

為了防止顆粒介質(zhì)進(jìn)入閥座背密封區(qū)域和閥腔，使用了防顆粒閥座設(shè)計(jì)，而獨(dú)特的刮削式設(shè)計(jì)閥座一方面能完全清除附著在閥球表面的顆粒，另一方面嚴(yán)密加工的閥座面與閥球緊密磨合，提供了一個(gè)獨(dú)特的寬帶面密封。

5 閥桿硬化處理

閥門(mén)的閥桿表面采用特殊處理設(shè)計(jì)，保證滿(mǎn)足用戶(hù)的要求；它們具有高強(qiáng)度、良好的沖擊韌性以及更優(yōu)越的整體和局部的抗應(yīng)力腐蝕能力。同時(shí)當(dāng)扭矩增加到正常值的兩倍以上時(shí)，閥桿不會(huì)被扭斷，閥桿最薄弱位置位于閥體之外。閥桿的材料采用高強(qiáng)度不銹鋼，它具有高強(qiáng)度、良好的沖擊韌性以及更優(yōu)越的整體和局部的抗應(yīng)力腐蝕能力。而一體化的結(jié)構(gòu)也形成了本質(zhì)防噴閥桿結(jié)構(gòu)。同時(shí)閥桿具有足夠的直徑和強(qiáng)度，當(dāng)扭矩增加到正常值的兩倍，閥桿不會(huì)被扭斷。閥桿與填料及軸承接觸部位硬化處理。增強(qiáng)耐蝕耐磨性，延長(zhǎng)閥門(mén)壽命。

6 “活載”組合填料設(shè)計(jì)

閥桿組合填料上下采用加不銹鋼的柔性石墨盤(pán)根，中間采用模壓成型石墨填料。填料壓板的緊固螺栓設(shè)置蝶型彈簧預(yù)緊（即活載結(jié)構(gòu)），在閥門(mén)溫度和應(yīng)力交變中，使填料的預(yù)緊力得到連續(xù)性補(bǔ)償，杜絕外泄漏。如圖2所示。

7 防塵軸承腔設(shè)計(jì)

采用石墨與軸承組合的預(yù)緊軸承腔設(shè)計(jì)，軸承擠壓石墨，使柔性石墨緊貼閥桿與主閥體，有效防止顆粒性物料進(jìn)入軸承與填料之間的空腔，堆積沉淀，擠壓閥桿造成閥桿卡死。

8 防塵設(shè)計(jì)—“封閉式設(shè)計(jì)”

防塵設(shè)計(jì)主要是針對(duì)閥座組合件中的彈簧而言的。固定球閥的閥座為浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，預(yù)緊力靠彈簧提供，若顆粒性介質(zhì)進(jìn)入彈簧腔，就會(huì)把彈簧墊死，失去彈性，閥球與閥座摩擦力矩增加，直至執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)法無(wú)法帶動(dòng)閥門(mén)，閥門(mén)卡死。如圖3所示。

9 有限元應(yīng)力分析與仿真

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和力學(xué)理論的發(fā)展，在閥門(mén)整個(gè)設(shè)計(jì)周期中采用有限元分析進(jìn)行數(shù)值仿真已經(jīng)走向成熟。SHK在球閥設(shè)計(jì)中采用有限元軟件對(duì)零件的強(qiáng)度和變形問(wèn)題進(jìn)行分析并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期和試驗(yàn)成本，提高設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

10 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝等方面的技術(shù)優(yōu)化，改善了耐磨球閥的密封質(zhì)量、耐磨性能，提高了可靠性和使用壽命。在實(shí)際運(yùn)行中得到了很好的驗(yàn)證，達(dá)到預(yù)期效果，具有廣泛的推廣價(jià)值和使用價(jià)值。endprint