固體顆粒介質球閥的結構優化

摘 要：重點介紹了在煤化工行業中的固體顆粒介質中常規的硬密封球閥由于結構的不足會導致閥門使用出現異常情況影響系統的正常運行。通過對球閥結構的改進可以有效地提高以上工況下球閥的使用功效和周期。從而，保證系統的長周期穩定運轉。

關鍵詞：固體顆粒 球閥 結構

中圖分類號：TH134 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0067-01

當代，采用德士古，殼牌等系統對煤炭進行深加工已成為主流。然而，無論哪一種系統的運行都離不開硬密封球閥的使用。系統中對工作固體顆粒（煤粉，煤漿，煤灰及煤渣）位置處的球閥有很高的要求，也是整個系統運行過程中最容易出現問題的地方。閥門使用性能的好壞及使用周期的長短直接影響到系統的安全長周期開車。

1 常規球閥的結構

應用在煤粉，煤漿，煤灰及煤渣系統中的常規閥門大多采用螺旋碟簧預緊補償結構，也有少數閥門采用碟簧預緊補償結構。

對于大多數閥門使用的螺旋彈簧結構，雖有防塵圈能阻擋大顆粒介質，然而一些細小顆粒，隨著閥門的使用還是會慢慢進入彈簧部位，一旦進入彈簧內部則無法自動清潔，直至填滿彈簧中腔造成彈簧無法壓縮而導致彈簧失效。直接導致閥門發生泄漏卡澀或開關不動等狀況。

雖然少數閥門采用的碟簧結構較螺旋碟簧結構有以下優勢：碟簧的結構簡單，進入到碟簧位置的物料相對螺旋碟簧較易排除，所以在上述工況中碟簧結構更適用，但物料同樣會進入碟簧部位，并在碟簧與閥體或閥帽之間形成的三角區域內形成堆積。隨著壓力的變化，閥座組件會產生少量的位移，這時由于閥座移動，碟簧變形而產生的空隙就會被固體顆粒介質填滿，使碟簧無法復位，失去其固有的彈性補償功能而處于卡死狀態，從而造成閥球與閥座之間的摩擦力只增不減，越來越大，最終導致閥門開始出現卡澀現象，直至執行器無法驅動閥門，即閥門故障。

2 改進球閥的結構

為了解決上述現有存在的技術問題，新結構有效避免因物料堆積而造成閥門卡死的現象。

附圖說明。

圖1是改進后金屬硬密封球閥的局部結構剖視圖。

圖2是襯管的結構示意圖（如圖1圖2）。

請參閱圖1～圖2，改進型球閥結構中包括球體1、閥座2、密封環3、壓環4、碟簧5、襯管6、閥體7。

改進型結構如下所示。

碟簧5與襯管6的一端面接觸，并壓在壓環4上；襯管6的與碟簧5接觸的端面上間隔地設有多個相互間隔的卸灰槽8；每個卸灰槽8包括兩個相交的球面8-1，且每個球面8-1分別與襯管6的內壁面6-1以及外壁面6-2相交；每兩個相鄰的卸灰槽8以一平臺隔開并通過一斜面8-2連通，斜面8-2分別與平臺所處的端面8-3及襯管6的外壁面6-2相交，且斜面8-2由兩個球面8-1分界。

本改進球閥應用時，由于碟簧5兩側是開放的，直接與閥門中的流通介質相接觸，閥門中流動的介質在通過閥門時，進入到碟簧5和襯管6間的空隙部位；由于碟簧5的內周面高于卸灰槽7的最低面，所以進入碟簧5部位的物料在堆積到一定量的情況下，會在重力的作用下向著相對較低的地方流動，從而使物料通過與襯管6的內壁面6-1、外壁面6-2以及端面連通的球面8-1和斜面8-2排出，在閥門進行開關的過程中再排出閥門，從而避免碟簧5部位的物料堆積，保證閥座2的靈活性，使該處的扭矩很好地控制在設計范圍內。

3 兩種結構的性能對比

本改進型球閥結構，它包括閥體、置于該閥體中的閥座和襯管，以及置于所述閥座中的球體。其中，所述閥座與襯管之間設有碟簧，所述襯管與碟簧接觸的端面上間隔地設有多個相互連通的卸灰槽。

在襯管結構中，所述每兩個相鄰的卸灰槽以一平臺隔開并通過一斜面連通，所述斜面分別與所述平臺所處的端面及所述襯管的外壁面相交。

在上述的閥門中，所述每個卸灰槽包括兩個相交的球面，且每個球面分別與所述襯管的內壁面以及外壁面相交。

由于采用了上述的技術解決方案，球閥通過在襯管上增設結構簡單的卸灰槽，使物料進入碟簧部位后通過卸灰槽排出，而不會造成碟簧卡死，良好地保證了閥座的靈活性，從而防止了因物料堆積而造成的閥門卡澀或扭矩增大問題，保證了系統的正常運行。本實用新型還具有結構簡單、易于加工、成本較低、不易卡澀、運行可靠、使用壽命大大延長等優點。

4 結論

通過對常規球閥結構和改進球閥結構對比可知，碟簧加泄灰槽的組合結構在煤粉，煤漿，煤灰及煤渣介質中具有防物料堆積結而使彈性元件失效的特點，有效地延長了惡劣工況下球閥的使用周期，為整個系統高效運行提供了保證。是固體顆粒介質中理想的球閥結構。

參考文獻

[1] 楊源泉.閥門設計手冊[M].機械工業出版社，2000.

[2] 成大先.機械設計手冊[M].化學工業出版社，2008.