耐磨球閥技術改進分析

郝檁

摘 要：通過研究耐磨球閥的生產制造工藝，從閥體選材、硬面處理、結構設計、加工工藝等方面進行技術改進，為提高耐磨球迷使用性能和壽命的研究提供依據。

關鍵詞：耐磨球閥；技術改進；選材；結構設計

中圖分類號：TQ59 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）01-0064-01

耐磨球閥以其特有的優勢，廣泛應用于煤化工、多晶硅、煉油、發電廠等領域，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。但金屬硬密封球閥普遍存在使用壽命低、內泄露、操作發生卡澀（或抱死）等現象，面對越來越高的磨損要求、強沖蝕等工況，耐磨球閥需要在閥體選材、硬面處理、密封設計、結構設計、加工等方面進行相應技術改進。

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H2S介質用碳鋼材質應滿足下列要求：

（1）材料是鎮靜鋼；

（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。

同時閥門已經考慮足夠的磨損裕量和耐沖刷，可以根據工況部分覆蓋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度；閥芯表面硬化處理方式噴熔司太萊SF-20，在機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。同時閥兩端通道采用超音速噴涂，有效防止介質對流道的沖刷。

3 雙向密封設計

球閥采用雙向硬密封結構設計，可承受雙向全壓差。球閥為了保證實際運行時（有介質壓力）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ISO 5208 B級規定，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彈簧獨特的設計結構，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。如圖1所示。

4 自清潔閥座設計

為了防止顆粒介質進入閥座背密封區域和閥腔，使用了防顆粒閥座設計，而獨特的刮削式設計閥座一方面能完全清除附著在閥球表面的顆粒，另一方面嚴密加工的閥座面與閥球緊密磨合，提供了一個獨特的寬帶面密封。

5 閥桿硬化處理

閥門的閥桿表面采用特殊處理設計，保證滿足用戶的要求；它們具有高強度、良好的沖擊韌性以及更優越的整體和局部的抗應力腐蝕能力。同時當扭矩增加到正常值的兩倍以上時，閥桿不會被扭斷，閥桿最薄弱位置位于閥體之外。閥桿的材料采用高強度不銹鋼，它具有高強度、良好的沖擊韌性以及更優越的整體和局部的抗應力腐蝕能力。而一體化的結構也形成了本質防噴閥桿結構。同時閥桿具有足夠的直徑和強度，當扭矩增加到正常值的兩倍，閥桿不會被扭斷。閥桿與填料及軸承接觸部位硬化處理。增強耐蝕耐磨性，延長閥門壽命。

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（即活載結構），在閥門溫度和應力交變中，使填料的預緊力得到連續性補償，杜絕外泄漏。如圖2所示。

7 防塵軸承腔設計

采用石墨與軸承組合的預緊軸承腔設計，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 防塵設計—“封閉式設計”

防塵設計主要是針對閥座組合件中的彈簧而言的。固定球閥的閥座為浮動結構，預緊力靠彈簧提供，若顆粒性介質進入彈簧腔，就會把彈簧墊死，失去彈性，閥球與閥座摩擦力矩增加，直至執行機構無法無法帶動閥門，閥門卡死。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展，在閥門整個設計周期中采用有限元分析進行數值仿真已經走向成熟。SHK在球閥設計中采用有限元軟件對零件的強度和變形問題進行分析并進行優化設計，大大縮短了產品設計周期和試驗成本，提高設計水平和產品質量。

10 結語

通過選材、結構設計、加工工藝等方面的技術優化，改善了耐磨球閥的密封質量、耐磨性能，提高了可靠性和使用壽命。在實際運行中得到了很好的驗證，達到預期效果，具有廣泛的推廣價值和使用價值。endprint