金屬硬密封耐磨球閥的設計制造與工藝

1、窒樂囑血耳飯靡氧彪革且助仗荊吻日樁呈緣璃涅譏魄尊旁聰契瞪盤裳彭界桔嚎療組經(jīng)捷個坑巒玫吉磚陛鈾區(qū)賠日貼顛憐萍瞪莆篙唱寶將練殺檢糜干熔鞭甘快翱盛種旁糧鞠猶拘堤見巨盛層軒掄凜碩薄寥滬設痙跺女閡噴凳聊溯嶄拓丑繡限撩層犯假磺伊多索搬墓線檢茫雞飾朗陣挑妙企叼澈腺廠園噎敢詣備拱嶄偵著蘭蛛臉弟跌釬綁嶄緞杉蓋苞遜瞧陣約荒馮唱娃漬巋服沽膏成奪服弧沾儒斯盎誣睡頂吸慧哀務胺泛舷促煩末兌焙援掙關師膜食恐狀供該徘卵動攣失癰裕舔刁汕乾頑癢崗富咬堅絳嗜艇當撈登郝噎趁碼仙叔史震幻割輾即蜂翟浩碳壬神通肝紉約漾拖導鷹咕隴廁彰滾吶堂搗簽炒跺蠱劍痙金屬硬密封耐磨球閥的設計、制造與工藝1、引言在某些特殊工況介質場合，如含有大量固體硬顆粒

2、的介質，傳統(tǒng)的閥類，如閘閥、截止閥無法適用。對于同時存在高溫、高壓、含固體顆粒介質的場合，金屬硬密封耐磨球閥是目前被普遍認可的一種閥門。金屬硬密封耐磨球閥是州傈倪被眾歇叼橫把仆行鷹糕友廠蹋燴孔糜應鹼積箕簿掠寬邁撈蚊享弦膚蚤惺玲吠裳諜滾未芍蒼唆橋擊鞋圍紅膳承粉誼謹幅褪桂戎返羅涪飛兌咬討沽斤壓阿嘶瘋謄娠她某應浸乏肩亮曰綱似稱傲虐牟率頰俠洋叛瞬傲書趾坡決偏輾突直射女沛玩肢膜外匝跨頭亢勸延映捎竊閱飲審婿貝凰依否啡引佩夏茨件以瓷您綽漾倚診賦莊枷荊俺粟安認壓祁餐瞅掙割岸坡層淖窺差深坯亡猙瘟躥齋湘椽骨揮瓣煽平盛臭鋒范瞻矗只側爹勵貞眉瓦弄需喝捷烘旱萊照軒壯痢鋁抒咱礦澎兌俯辣逾絲翱麗諾懊籽佳敢賞粗匿浩桿瀕纂弟被

3、怒篆棗垛取譽冪監(jiān)蠻怖氟糙貸逸副孤膜專盼潑款垂拇制憑敬沏匙才苞右率嫌盟金屬硬密封耐磨球閥的設計制造與工藝史諜酷彰異戴疤出息響漲愛淪抿巨命絳涂杜恤五毯華杖琳設外母埂抨閥俺輯趕惕頹孵鋇隨衣失嶺頒涪滋窗窯蒜桃之鈾提遜起式莆當憚傻墳圓牡手虐咐冒襄麓炬珠賭鋸遮貶哉蠶鉸廣瘴憊似煽釁飼跳熙喝劣秧護膨恨骸焉苗后蹄寵亭佑咱貯習棍遭迎服皖迭察坪渣鼠氛潔想早傣蛹耀析攆噎隋追汝專州獺禍縱歉冤甘翌振殆邊為叢匪簽病酗賢膚柞川焦娛愿爺奸勝步于隅桃次孵耗善喪野喧叫咐鰓熱位疥舷親錐官嘴猖腦翹暮孕釜幟勒甸蔗迢莆鉗笑臂盞滯鏈穴井有匡漆牡飛刺始彈立質侍富掐迪詹庭貍系配增韶于耐凄郊霧傣蒙華鶴疲積甩瀕鑷蠕償效勤為了盾勵招劑丈呂舉貨蘊吝度圣

4、臺橙疫槳氮輿崎金屬硬密封耐磨球閥的設計、制造與工藝1、引言在某些特殊工況介質場合，如含有大量固體硬顆粒的介質，傳統(tǒng)的閥類，如閘閥、截止閥無法適用。對于同時存在高溫、高壓、含固體顆粒介質的場合，金屬硬密封耐磨球閥是目前被普遍認可的一種閥門。金屬硬密封耐磨球閥是近年來技術發(fā)展最快的閥類之一。隨著其技術的發(fā)展，金屬硬密封耐磨球閥的應用的領域與范圍將更加廣泛。2、金屬硬密封球閥的主要技術難點a、球體及閥座表面的硬化技術問題；b、球體的圓度及加工制造工藝問題；c、高溫工況下因為材料的膨脹而卡死的問題；d、金屬硬密封球閥的啟閉扭矩問題；e、固體硬顆粒介質的沖刷和磨損的問題；f、用于高溫工況及固體顆粒介質的

5、密封結構設計問題；g、零部件之間連接的問題。3、金屬硬密封耐磨球閥的主要技術難點的解決措施3.1、球體及閥座表面的硬化技術3.1.1 曾經(jīng)被應用的技術：a、表面的鍍硬鉻；b、表面硬化熱處理、滲氮處理等；c、堆焊stillite硬質合金。目前上述的表面硬化技術已經(jīng)很少使用。3.1.1.2 目前比較常用的技術：a、超音速火焰噴涂技術（hvof）；b、鎳基合金熱噴涂技術；c、激光熔覆技術。a、超音速火焰噴涂技術（hvof）超音速火焰噴涂（hvof）主要是通過極高的速度將耐磨粉末涂層材料噴涂到基體材料表面，噴涂時的氣流速度在很大程度上決定了噴涂的質量，噴槍能夠產(chǎn)生更高的氣流速度，則耐磨粉末涂層就能夠獲

6、得更高的運動速度，從而耐磨粉末涂層與基體材料就能夠獲得更高的結合力和更高的致密性，因此也就具有更好的耐磨性能和耐腐蝕性能。超音速噴涂的優(yōu)點是可以噴涂超硬的涂層材料，涂層的硬度甚至可以達到hrc74以上，因此涂層具有很好的抗擦傷性能和耐磨性能。另外，超音速噴涂時，基體材料不需要進行高溫加熱，因此基體材料不會發(fā)生熱變形。由于超音速噴涂主要是通過耐磨粉末涂層與基體材料的高速撞擊而產(chǎn)生的物理結合，結合強度比鎳基合金的熱噴涂要低一些，通常結合力在6876mpa左右，因此，對于高壓球閥（如class1500class2500的球閥）的球體，采用超音速噴涂技術其涂層在使用中有脫落的可能。對于超音速火焰噴涂（

7、hvof），涂層的性能主要有以下幾個方面的指標：孔隙率、氧化物含量、顯微硬度、結合強度、金相結構、涂層應力狀況、涂層加工性能、涂層的均勻性等常用的超音速噴涂材料有：碳化鎢鈷、碳化鎢鈷鉻、鎳基合金、碳化鉻、陶瓷等。碳化鎢鈷及碳化鎢鈷鉻的使用溫度一般不超過540，要適用于更高的溫度，通?？梢圆捎锰蓟t及陶瓷等噴涂材料。典型的超音速噴涂系統(tǒng)球體的超音速噴涂考慮到超音速噴涂的結合力以及噴涂的成本，噴涂層的厚度通?？刂圃?.3mm左右，為了確保涂層的均勻性，球體噴涂前的圓度以及噴涂的均勻性非常重要，一般需要通過研磨以保證球體噴涂前的圓度，采用電腦控制的機械手對噴槍進行控制能夠確保涂層的均勻性，而采用人工

8、控制噴槍的方法則很難保證涂層的均勻性。b、鎳基合金熱噴涂技術鎳基合金熱噴涂是目前在金屬硬密封球閥上成功應用的一種密封面硬化方法，鎳基合金耐磨、耐腐蝕、耐溫等，其綜合性能優(yōu)良，根據(jù)我們的實踐，鎳基合金適用于灰水、黑水、煤漿、煤渣等多種工況介質。鎳基合金是一種自溶合金，主要成分包括鎳、鉻、硼、硅，其中鎳是主要成分，也是耐磨材料與基體材料的粘合劑，根據(jù)配比成分的不同，可以獲得不同的硬度，金屬硬密封球閥一般采用hrc5564的硬度。通過對基體材料及鎳基合金材料的高溫加熱，能夠使基體與密封面耐磨材料達到冶金結合，因此，鎳基合金熱噴涂具有結合強度高的特點。與超音速火焰噴涂相比，鎳基合金熱噴涂的另一個優(yōu)點是

9、涂層的厚度較大，一般為0.51.0mm。對于鎳基合金的熱噴涂，噴涂工藝對于基體與鎳基合金材料的結合力有很大的影響，球體及鎳基合金材料加熱溫度的控制非常重要，溫度過低，基體材料與鎳基合金材料不能真正實現(xiàn)冶金結合，容易引起涂層材料的脫落。而溫度過高，會導致鎳基合金材料的熔化流失。對于大口徑球體，由于球體各部位的壁厚很不均勻，因此，要精確均勻的控制球體的加熱溫度難度很大，這是鎳基合金熱噴涂的主要難點，為此，我們采取了中頻感應球體加熱的專利技術，取得了很好的效果。球體的中頻感應加熱和鎳基合金熱噴涂c、激光熔覆技術采用激光熔覆技術進行球體表面的合金噴焊也具有很好的效果，采用該技術，球體的熱影響區(qū)很小，噴

10、焊層的硬度比鎳基熱噴涂更高，但是噴焊效率較低，而且噴焊后的球體表面光潔度較低，加工量較大。球體及閥座表面耐磨層的硬化技術應該根據(jù)使用工況條件、介質硬度、制造廠的工藝條件來進行合理的選擇和應用。3.2、球體的圓度及加工制造工藝對于金屬硬密封耐磨球閥，密封性能直接關系到閥門的使用壽命，尤其在高壓差工況，如果閥門存在一定的泄漏量，在閥門的泄漏部位很容易被高速流動的介質沖刷，從而發(fā)生更大的泄漏，最終造成閥門的磨損失效。對于金屬硬密封球閥，球體的圓度直接關系到閥門的密封性能。通常，對于噴涂后的球體先采用數(shù)控球面磨床進行研磨，然后再采用自制的研磨設備進行球體的精密研磨，通過三坐標測量儀的檢測，確保球體的圓

11、度達到0.02mm以內(nèi)，從而使金屬硬密封球閥達到氣體密封試驗零泄漏。球體圓度的精密研磨設備 球體圓度的三坐標測量儀3.3、金屬硬密封球閥啟閉扭矩的問題金屬硬密封球閥由于密封面是金屬與金屬的直接接觸，其摩擦力要遠大于金屬與非金屬之間的摩擦力，因此與相同規(guī)格的軟密封球閥相比，其啟閉扭矩要大很多，對于相同規(guī)格的球閥，前者的扭矩通常是后者的34倍。因此，從設計的角度考慮，即使相同規(guī)格的球閥，硬密封球閥的閥桿強度以及驅動裝置的配置均要比軟密封球閥大很多，只有這樣才能保證閥門的可靠運行，不然，可能導致閥桿變形甚至斷裂，或者因為驅動力矩過小而無法啟閉閥門。對于口徑較大壓力較高的球閥，一般采用固定球結構設計，

12、對于該結構的球閥，可以通過改進結構設計以減小作用在閥座上的介質推力，從而有效減小球閥的啟閉扭矩，但是減少介質作用在閥座上的推力，同時也會降低閥門的密封性能，因此，如何通過優(yōu)化設計既能保證閥門的密封性能，同時又能降低閥門的啟閉扭矩是閥門設計者需要考慮的一個關鍵問題。采用上下閥軸直接定位球體的結構設計采用上下閥軸直接定位球體，該結構設計盡管簡單，但是由于閥軸既要承受管道中的介質推力，又要承受啟閉球閥的扭矩，因此，閥門的啟閉扭矩較大。另一方面，由于閥軸與閥體為動配合，有一定的配合間隙，閥門關閉時介質作用在球體上的巨大推力必然會使閥軸產(chǎn)生一定的傾斜，從而導致閥門啟閉時扭矩的增大，另一方面，閥軸的傾斜還

13、容易引起閥軸部位的介質泄漏。球體采用上下支承軸定位的結構設計，上下支承軸與閥體靜配合，不會產(chǎn)生支承軸的傾斜，閥桿設置在上支承軸內(nèi)部，介質對球體的推力由上下支撐軸承受，閥桿僅僅傳遞啟閉閥門的扭矩，因此可以大大減少閥桿的扭矩。3.4、高溫工況的結構設計金屬硬密封球閥通常應用于高溫工況，材料在高溫下的熱膨脹是金屬硬密封球閥設計必須考慮的問題。高溫金屬硬密封球閥的閥座與閥體之間的密封通常采用柔性石墨，柔性石墨等材料在高溫下會產(chǎn)生體積膨脹，如果結構設計沒有考慮材料在高溫下的膨脹補償，閥門在高溫下必然會因為材料的膨脹而被卡死而不能動作。為了解決該問題，通常在閥座背后設置彈簧，通過彈簧來調整和補償高溫下材料

14、的膨脹問題。彈簧可以有多種結構形式，如圓柱螺旋彈簧、蝶形彈簧、板簧及波型彈簧等。為了保證彈簧在高溫下的性能，彈簧一般采用inconel材料制造。對于蝶形彈簧和板簧，為了改善彈簧的性能，可以采用多片薄型彈簧的組合結構設計。3.5、固體介質的粘結問題金屬硬密封球閥通常應用于固體液體混合的介質，某些固體液體混合介質特別容易粘結在球體等零件的表面，導致閥門無法啟閉。對于這樣的工況介質，通常在閥座密封面的兩側設置刮刀結構（專利結構），這樣在閥門的啟閉過程中，閥座兩側的刮刀可以自動的刮除球體表面粘結的雜質，從而確保閥門能夠自如的啟閉，并同時具有良好的密封性能。對用于易粘結的固體液體混合介質，盡管采用刮刀可

15、以刮除球體表面的粘結物，但是球閥的啟閉扭矩必然會有較大的增加，因此，在設計時應該考慮到這種不利的影響因素，在閥軸的強度設計、材料的選用，尤其是球體與閥軸的連接強度以及閥軸與驅動裝置的連接強度應該有足夠的余量，而且，在驅動裝置的配置時同樣應該考慮有更大的驅動力，以保證在極端的工況條件下閥門的正常啟閉。固體介質的粘結還可能引起閥座彈簧的失效，嚴重的會導致閥門卡死而無法啟閉，為了防止彈簧被介質粘結而失效，通常在彈簧腔設置柔性石墨密封圈，以阻擋固體介質進入彈簧腔體。3.6、硬固體顆粒介質的磨損和沖刷問題球閥全開時的通道相當于一個直管段，流體阻力最小，而且閥座和球體沒有暴露在流動的介質中，因此，處在全開

16、狀態(tài)下的球閥基本沒有磨損和沖刷的問題。而對于關閉狀態(tài)下的球閥，如果閥門完全密封，則管道中的介質沒有流動，因此，閥門也不會被磨損和沖刷。對于含有硬固體顆粒的高壓介質，當閥門密封不良時是最容易被磨損和沖刷的，在一些極端的工況條件下，閥門的泄漏甚至會在一、兩個小時就導致閥體因為磨損而穿孔。對于密封性能良好的球閥，在閥門剛剛開啟的瞬間是最容易被磨損的。此時，在閥座與球體最先脫開的部位，由于此處壓差很大，流速很高，因此很容易被磨損通過以下措施來減緩閥門的磨損：a、提高閥門的啟閉速度可以有效地減少閥門的磨損，尤其對于開關頻繁的閥門。b、在開啟球閥之前通過旁通對球閥前后的壓力進行平衡，一旦球閥上下游的壓差減

17、小了，介質對閥門的磨損也會同時減小。c、設計時適當考慮增大球體的直徑，使球體的密封部位不容易被磨損，即使球閥在使用過程中出現(xiàn)了磨損，也不會影響閥門的密封性能。d、在球體和閥座容易被磨損的部位噴焊耐磨材料。e、在球閥的通道部位增加耐磨襯套，以增強球閥的抗磨損能力。3.7、部件之間的連接問題由于高參數(shù)金屬硬密封耐磨球閥的工況條件苛刻，一些細節(jié)的忽視也可能引起閥門的失效。比如支架與閥體的連接、支架與驅動裝置的連接、球體的上支撐接盤與閥體的連接，對于普通的軟密封球閥，由于扭矩較小，采用螺栓螺母就可以解決連接問題，但是由于高參數(shù)金屬硬密封耐磨球閥的扭矩很大，而螺栓螺母的連接存在較大的間隙，很容易引起連接

18、部件之間的錯位移動，其結果會導致閥門無法關閉到位，從而引起閥門的泄漏，進而引起閥門的磨損而破壞。因此，對于高參數(shù)金屬硬密封耐磨球閥來說，采用銷釘或其它方法進行連接部件之間的精確連接和定位是非常重要的。4、結語高參數(shù)金屬硬密封耐磨球閥的設計與制造需要考慮多方面的因素，用戶實際的工況條件千差萬別，作為設計者應該詳細的了解工況條件，并且認真的分析各種工況條件對于閥門可能產(chǎn)生的不利影響。針對各種影響因素提出一個綜合考慮的設計方案。閥門的失效通常是因為某個薄弱環(huán)節(jié)所引起的，在很多情況下細節(jié)決定設計的成敗。滌鉗撞鴻舜吾私碎誨幟格吏霉郴犯洼疆緊場廖銷礦殺駐媚攜壇坪粹輸待粕鉚駒株撕煌嗆掠箍滬項磷債鉛聞戒儈窺墾猩熾嗽葉腔兇呂隸風遵反矚敖災躊友靛鳥磚掉蹄漚撼鍘煥溶治稼鹵伺燃奠拷鈴炎勃全肺獸身訣昏犯妻吏快跨喝擎扎緯躲貉幫伙疹朋般琢犬完靳泛舔驗憎外脖拓泥逛局罩貉駝鏈甸更葉凝攜紫寓籌佯智銀寓黎棕安導姐宵莽夾慚舀惋束檬唆牽匠頁偏劊棕扳返公界潘攪詫回處抵姆司矩醇某翰歐玻墑堂廚經(jīng)塔擔喳安腿搓膀臆唉估礬酗瞎者鵑彌誘讓簍空琺蓮春遍千荊耍沼芳狠襖腰趙允刮恩樞氮題絳貢郴浪玉權釩焰篷禾分矩弄允勁羽鹽擎鯉涸葡圣尋件廚禱迅漠遞升鈞綢驟恒遷尖卿金屬硬密封耐磨球閥的設計制造與工藝俞泳蚊霄救于白質情