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耐磨损化工球阀设计 耐磨损球阀设计 化工球阀设计 化工球阀 耐磨损球阀 化工球阀选型
耐磨损化工球阀设计 耐磨损球阀设计 化工耐磨球阀 化工球阀 耐磨球阀 化工法兰球阀
1、之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍耐磨损化工球阀设计概述
随着科学技术的发展以及现代工业的需求，金属密封球阀在输送特殊介质的工况中( 如纸浆、水煤浆和硅粉等含有固体颗粒的混合液) 得到越来越广泛的应用。根据工况要求，研制了金属密封耐磨损球阀。耐磨球阀其特征在于：采用顶装式结构，阀体呈圆柱体形，是由多个圆柱体组合而成，环形的垫片套装在阀盖连接螺纹根部，阀盖是一阀座的支撑件，阀座为环形套装在阀体和阀盖的中间，球体环抱在两阀座间，止推垫片套装在阀体内的阀杆上，使阀杆的端面与阀体的阀杆孔端面不直接接触，圆柱形的阀杆套装在阀体内，与球体以对扁连接。
该系列球阀是吸取了国外硬密封技术而设计制造，采用特殊的密封结构，具有可靠密封性能，真正实现零泄漏。球体和阀座具有良好剪切自洁功能，消除了因粉尘颗粒粘结阀门密封副而造成卡阻现象，外形仍保持常规球阀的美观。其密封副采用超音速火焰喷涂碳化钨超耐磨合金技术进行处理，具有高硬度和超常耐磨的性能，硬度达HRC75～80，使用寿命是目前常规金属密封球阀的8倍；适合于有机硅、多晶硅项目等特殊工况系统。
该系列球阀，解决了长期以来困扰上述系统中阀门易磨损、需频繁更换的难题，既节省采购成本，又能减少系统停机所造成的经济损失。使用温度可达425℃，驱动方式有手动、气动和电动等。
耐磨球阀与常规的金属密封球阀相比有如下特点：
一、常规的金属密封球阀，都是采用两个独立的阀座进行密封，泄漏点较多。且阀座四周的间隙给传输介质提供了磨损、积聚的场所，严重地影响了阀门的正常运行，易造成阀座损坏。该系列球阀，其左端采用一体化阀座，即阀座为左阀体的一部分，形成连体结构，减少了泄漏点，这样一体化阀座杜绝了介质在阀座周围的泄漏，良好的剪切自洁功能消除了粉尘颗粒造成的卡阻现象。
二、常规的金属密封球阀，球体的硬化处理通常是采取表面镀铬或离子氮化,其硬化层很薄,因此产品的抗磨性能差而造成使用寿命短。该系列球阀，密封副采用超音速火焰喷涂碳化钨超耐磨合金,使其具有高硬度和超常耐磨的性能。
三、前后阀座的密封结构不同。均能同时实现双向密封，且泄漏等级均优于VI级。
2、结构特点
金属密封耐磨损球阀采用弹性具有自动补偿功能的阀座结构，防止阀门在含有颗粒介质的工况中或高温情况下出现卡塞现象，提高了阀门使用寿命。球体和阀座具有良好的剪切和自洁功能，适合对颗粒介质和纤维介质的控制。阀杆采用侧装式，能确保填料处可靠密封以及阀杆防吹出。阀门采用双向密封结构，即提高了阀门的密封性能，也保证了介质逆向流动时的密封性能，为防止介质倒流提供了必要的保障。球体和阀座密封面喷涂耐高温高压、耐腐蚀和耐磨损的硬质合金。
高耐磨球阀产品特点:
高耐磨球阀用三段式球阀，全通径设计，流通能力大，流阻小，减缓磨损，延长阀门使用寿命。
阀座密封副采用隐藏式设计，避免介质直接冲刷损伤。本耐磨球阀配有特殊材料与工艺制造的高耐磨护套，通道表面喷涂碳化钨，达到多层保护增强耐磨性能。高耐磨护套采用活接结构，用户可根据阀门磨损情况，方便更换，以降低用户生产使用成本。球体采用特殊材料与工艺制造，并喷涂碳化钨高硬涂层以增强球体耐磨和抗冲刷性能。本耐磨球阀操作采用蜗轮传动，减轻球阀操作力矩，开关灵活，保护阀门安全运行。根据用户的需要可以提供气动或电动高耐磨球阀。本高耐磨球阀设有吹扫、排污功能装置。高耐磨球阀适用介质范围广，更适用于含硬质颗粒液体及风送、气送粉末颗粒介质。
3、技术处理
(1) 金属密封球阀的密封比压较高，在结构设计中考虑密封比压所需要的弹簧预紧力，采用下游阀座固定，上游阀座后设置碟形弹簧补偿结构。
(2) 考虑温度对金属材料的线性膨胀影响，采用高负载碟形弹簧。既提供了阀门密封比压所需要的初始预紧力，也避免了因温度原因引起球体与阀座卡阻现象，确保阀门启闭灵活。由于固体颗粒介质进入碟簧行程区会引起碟簧卡阻失效，增设了碟簧保护结构，确保阀门在低压情况下的密封性能。
(3) 由于输送的介质中所含的固体颗粒硬度较高，要求球体与阀座表面具有较高的硬度。否则，阀门启闭的过程中会有固体颗粒镶嵌在球体表面上，影响阀门的整体密封性能。因此球体表面与阀座表面喷涂碳化钨钴、镍基合金或碳化铬等材料。使密封表面硬度达到56 ～ 64HRC。不同的喷涂材料，可以获得不同的硬度。
(4) 阀座设计成具有自洁功能的刮刀结构，在阀门启闭过程中，能对球体表面吸附物进行刮削，防止固体颗粒进入阀门密封面，增加了阀门使用寿命。
(5) 球体和阀座采用数控机床加工，球面磨床磨削，以及研磨机配对研磨。
4、设计计算
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀以浮动式DN50-PN6.3 金属密封球阀为例( 图1，表1) ，进行密封比压、总摩擦扭矩、碟形弹簧负载的计算。材料的磨损可分为几种类型？材料的唐损，一般来说可分为如下几种类型：黏着磨损，即金属对金属的磨损；磨粒磨损；冲蚀磨损；腐蚀磨损；表面疲劳磨损。
①黏着磨损：黏着磨损通常是由于金属间发生滑动而引起的。当两块金属被压在一起时，凹凸不平的表面互相接触形成接合点，滑动时这些接合点破裂形成新的接合点，zui终形成磨粒。人们之所以不希望发生黏着磨损是因为：a）材料的磨损会使零件尺寸公差增大，进而使阀门关闭机构发生泄漏和损坏Ib）磨屑，尤其是由擦伤或黏着而形成的大颗粒磨屑将会卡住阀门的运动部件，使阀门失效。-
②磨粒磨损：磨粒磨损是峰硬粒子在载荷作用下切割材料而发生的。坚硬的颗粒如砂、氧化铝、碳化物等在正常载荷作用下压人软金属的表面．滑动时就划出沟槽，从而形成金属碎屑或疏松的磨屑。在这一点上，磨粒磨损和“微切削加工”是相似的。
③冲蚀磨损：冲蚀磨损是因悬浮在流体中的微粒在动能作用下产生切削作用而引起的一种特殊形式的磨粒磨损。用于输送含有固体的阀门将会发生这种磨损．如用于输送泥浆的阀门或常在高炉给料系统上使用的闭锁漏斗阀就是典型的例子。
④腐蚀磨损：如果磨损的表面受到化学腐蚀的作用，那就会发生腐蚀磨损。大多数耐蚀合金zui初会因化学腐蚀作用而形成一层倮护层，然而，当表面滑动时，这层保护层可能被磨掉。裸露的金属暴露在周围腐蚀性介质巾，从而使磨损率增加（氧化磨损和腐蚀磨损是同义语）。
⑤表面疲劳磨损：在封闭的轨道上作重复滑动或滚动时，可以观察到表面疲劳磨损的现象。由于零件表面或表层下的裂纹在重复循环应力作用下发生扩展，疲劳磨损通常会在表面形成凹坑。表面疲劳磨损一般发生在滚动元件如轴承、齿轮等零件上。
除上述几种磨损类型外，还有微动磨损或腐蚀、汽蚀等～些特殊磨损类型。
微动磨损或腐蚀：微动磨损是由产生氧化磨损碎片的微小切线振动而形成的。因此，氧化物像磨粒一样引起进一步的磨损。
汽蚀：这种磨损是液体因压力突然变化在内部形成气泡时发生的。它出现在水翼、蒸汽阀和蒸汽透平等上。由于气泡崩溃时产生的机械冲击使金属表面形成孔穴，这种磨损通常’通过对阀门进适当的设计、使压力降减至zui小就可避免。然而，如果设计上无法避免，那么就可以采用某些钴基合金作为零件的材料，因为这些合金的耐汽蚀性能远优于其他合金材料。浮动式金属密封耐磨损球阀
图1 浮动式金属密封耐磨损球阀
表1 性能参数
浮动式金属密封耐磨损球阀
4.4、参数分析
( 1) 根据计算数据可得qb < q <[q]，实现了球阀的金属密封副密封。
( 2) 根据ASME B16. 34 选取安全的阀门壁厚，并对中法兰和螺栓螺母强度验算。
( 3) 根据计算获得的总摩擦扭矩对阀杆强度校核，并根据总摩擦扭矩选择合理的执行机构。
( 4) 参照外型结构尺寸标准，完成整套图纸设计。
5、结语
阀门通过强度性能试验、密封性能试验、抗磨损性能试验以及实际工况使用证明，金属密封耐磨损球阀适用于含有大量固体颗粒的高温高压介质工况，如聚丙烯项目中反应釜下料管道中含有大量聚丙烯颗粒工况，有机硅项目中含有高硬度硅粉颗粒工况等。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀
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