耐磨球閥以其獨特的優(yōu)點廣泛應用于煤化工、多晶硅、煉油、電廠等領域。金屬硬密封耐磨球閥是目前公認的一種同時存在高溫、高壓和固體顆粒介質(zhì)的球閥。然而，金屬硬密封球閥存在著使用壽命低、內(nèi)部泄漏、工作中卡住(或保持)等現(xiàn)象。面對越來越高的磨損要求、強烈的沖蝕等工況，耐磨球閥需要在閥體材料選擇、硬質(zhì)表面處理、密封設計、結(jié)構(gòu)設計、加工等方面做出相應的技術改進。

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H 2 S介質(zhì)用碳鋼材質(zhì)應滿足下列要求：

(1)材料是鎮(zhèn)靜鋼;

(2)常溫屈服強度≤315MPa、抗拉強度≤590MPa;

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

同時閥門已經(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,機械加工后厚度不小于3mm,保證閥門的使用性能,延長閥門的壽命。

2 球體和閥座硬化處理

耐磨球閥球座材料采用不銹鋼鍛件，鍛件具有良好的致密性和機械性能，無裂紋、沙眼等缺陷，保證球體和閥座具有較高的強度；閥芯噴涂熔斷器-20的表面硬化處理，加工拋光后硬化層的最小厚度不小于0.8mm，表面硬度不低于HRC 62。所有硬化層的附著力均不低于30000PSI。同時，在閥門兩端采用超音速噴涂，有效防止介質(zhì)沖刷流道。緊急切斷閥

3 雙向密封設計

球閥采用雙向硬密封結(jié)構(gòu)設計,可承受雙向全壓差。球閥為了保證實際運行時(有介質(zhì)壓力)閥座與閥球之間有一個足夠的接觸力,從而保證閥座的泄漏標準達到I S O 5208 B級規(guī)定,閥座后面必須有一個彈性元件。閥座后彈簧采用一個Inconel X-750彈簧獨特的設計結(jié)構(gòu),無論溫度和壓力如何變化,它始終給閥座一個推力,使其緊緊地靠在閥球上,從而保證閥座泄漏等級。

4 自清潔閥座設計

為了防止顆粒介質(zhì)進入閥座后部的密封區(qū)域和空腔，采用反顆粒閥座設計。一方面，獨特的刮擦設計閥座可以完全去除附著在閥體表面上的顆粒，另一方面，經(jīng)過嚴格處理的閥座表面與閥體緊密結(jié)合，提供了獨特的寬帶表面密封。

5 閥桿硬化處理

閥桿表面采用特殊處理設計，滿足用戶要求，強度高，沖擊韌性好，整體和局部抗應力腐蝕性能優(yōu)越。同時，當扭矩增加到正常值的兩倍以上時，閥桿不會扭曲，閥桿的最弱位置將在閥體外。閥桿采用高強度不銹鋼制成，強度高，沖擊韌性好，整體和局部抗應力腐蝕性能優(yōu)越。集成結(jié)構(gòu)也構(gòu)成了必要的井噴閥桿結(jié)構(gòu)。同時，閥桿有足夠的直徑和強度，當扭矩增加到正常值的兩倍時，閥桿就不會扭曲。閥桿與填料和軸承接觸的硬化處理。提高閥門的耐蝕性和耐磨性，延長閥門的使用壽命。

6 “活載”組合填料設計

閥桿組合填料上下采用加不銹鋼的柔性石墨盤根,中間采用模壓成型石墨填料。填料壓板的緊固螺栓設置蝶型彈簧預緊(即活載結(jié)構(gòu)),在閥門溫度和應力交變中,使填料的預緊力得到連續(xù)性補償,杜絕外泄漏。緊急切斷閥

7 防塵軸承腔設計

采用石墨與軸承組合預緊軸承腔設計，軸承擠壓石墨，使柔性石墨靠近閥桿和閥體，有效防止顆粒物質(zhì)進入軸承與填料之間的腔內(nèi)，堆積沉淀，擠壓閥桿卡住。

8 防塵設計—“封閉式設計”

防塵設計主要針對閥座總成彈簧。固定球閥的閥座為浮動結(jié)構(gòu)，預緊力由彈簧提供。當粒狀介質(zhì)進入彈簧腔時，彈簧將被緩沖而失去彈性。閥球和閥座之間的摩擦力矩會增加，直到執(zhí)行器無法驅(qū)動閥門，閥門被卡住致死為止。如圖3所示。

9 有限元應力分析與仿真

隨著計算機技術和力學理論的發(fā)展，有限元分析在閥門整個設計周期中的應用已經(jīng)趨于成熟。利用有限元軟件對球閥設計中零件的強度和變形進行了分析和優(yōu)化，大大縮短了產(chǎn)品設計周期和測試成本，提高了設計水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

10 結(jié)語

通過材料選擇、結(jié)構(gòu)設計和加工工藝的優(yōu)化，提高了耐磨球閥的密封質(zhì)量和耐磨性，提高了耐磨球閥的可靠性和使用壽命。在實際運行中得到了很好的驗證，達到了預期的效果，具有廣泛的推廣價值和使用價值。