01-金属硬密封耐磨球阀的设计、制作与工艺[资料].ppt

法兰连接金属硬密封球阀简介、设计及施工安装要点法兰连接金属硬密封球阀,金属硬密封球阀产品结构特点经过特殊处理的球体与阀座，特别适用于高温度及含各种粉尘与固体颗粒的介质。

1、采用特别设计的补偿性可动金属阀座结构，密封可靠。

2、本系列球阀应按规定流向使用。

3、本系列球阀可配多种驱动装置。

随着现代机械加工工艺和新材料的不断发展，球阀已不仅仅用在输送水、压缩空气等低温介质以及对密封性能要求较低的管道上，在石油化工、冶金、电力等行业中，钢制球阀已被广泛应用在工艺条件要求苛刻、介质比较特殊的工业装置上。

尤其是金属硬密封球阀已被越来越多的人们所熟知和青睐。

阀门供应网的金属硬密封球阀为金属密封结构，密封形式为金属对金属密封。

应用范围：气动金属密封球阀广泛应用于化工，石油，轻纺，电力，食品制药，制冷，航空，航天，造纸等工业领域，Class150～1500、PN1.6～16.0MPa，工作温度-29℃～425℃(碳钢)或-40℃～550℃(不锈钢)，不仅能控制气体，液体和蒸汽介质．也适用于控制污水和含有纤维的本质。

选用不同的材质,可分别适用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介质、尿素等介质。

金属密封球阀的(DN15～200mm)中小口径采用浮动球结构，(DN125～500mm)大中口径采用固定球结构。

阀体材料：WCB、CF8、CF3、CF8M、CF3M、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti连接形式：法兰、焊接驱动方式：手动、蜗轮蜗杆传动、气动、电动结构特点：1、流体阻力小、球阀是所有阀门中流体阻力最小的一种，即使是缩径球阀，其流体阻力也相当小。

2、止推轴承减小阀杆磨擦力矩，可使阀杆长期操作平稳灵活。

3、阀座密封性能好，采用聚四氟乙烯等弹性材料制成的密封圈，结构易于密封，而且球阀的阀封能力随着介质压力的增高而增大。

4、阀杆密封可靠，由于阀杆只作彷转动运而不做升降运动，阀杆的填料密封不易破坏5、由于聚四氟乙烯等材料具有良好的自润滑性，与球体的磨擦损失小，故球阀的使用寿命长。

金属硬密封球阀密封面硬化处理技术简述一、概述在火力发电厂、石油化工系统、煤化工领域的高粘性流体、带粉尘及固体颗粒状的混合流体、强腐蚀的流体等介质中，球阀需要选用金属硬密封的球阀，所以选用合适的金属硬密封球阀阀球和阀座的硬化工艺是十分重要的。

二、常用的硬化工艺主要有以下几种：（1）球体表面堆焊硬质合金，硬度可达30HRC以上，球体表面堆焊硬质合金工艺复杂，生产效率低，且大面积堆焊易使零件产生变形，目前对球体表面硬化的工艺使用较少。

（2）球体表面镀硬铬，硬度可达40～55HRC，厚度0.07～0.10mm，镀铬层硬度高、耐磨、耐蚀并能长期保持表面光亮，工艺相对简单，成本较低。

但硬铬镀层的硬度在温度升高时会因其内应力的释放而迅速降低，其工作温度不能高于427℃。

另外镀铬层结合力低，镀层易发生脱落。

（3）球体表面采用等离子氮化，表面硬度可达50～55HRC，氮化层厚度0.20～0.40mm，等离子氮化处理硬化工艺由于耐腐蚀性较差，不能在化工强腐蚀等领域使用。

（4）球体表面超音速喷涂（HVOF）工艺，硬度最高可达60～70HRC，集合强度高，厚度0.3～0.4mm，超音速喷涂是球体表面硬化主要工艺手段。

在火力发电厂、石油化工系统、煤化工领域的高粘性流体；带粉尘及固体颗粒状的混合流体、强腐蚀的流体介质中大部分使用该硬化工艺。

超音速喷涂工艺是氧燃料燃烧产生高速气流加速粉末粒子撞击工件表面，形成致密表面涂层的一种工艺方法。

在撞击过程中，由于粒子的速度较快（500～750m/s）且粒子温度较低（-3000℃），因此撞击工件表面后，可以获得高结合强度、低空隙率、低氧化物含量的涂层。

HVOF的特点是合金粉末粒子速度超过音速，甚至是音速的2～3倍，气流速度是音速的4倍。

HVOF是一种新的加工工艺，喷涂厚度0.3～0.4mm，涂层与工件之间是机械结合，结合强度高（77MPa），涂层孔隙率低（＜1%）。

该工艺对工件加热温度低（＜93℃），工件不变形，可进行冷喷涂。

硬密封球阀阀座加工工艺
硬密封球阀是一种由硬密封球阀阀座、阀杆、阀瓣、压紧圈和止回销等部件组成的球阀，它主要用于关断、调节和分级控制流体。

硬密封球阀优点是其结构简单、操作可靠。

与金属密封球阀相比，其开闭时间短、安装空间小、控制精度高等显著优势。

但由于硬密封球阀是由大量不同材料加工而成，其加工工艺复杂，也是硬密封球阀必须要求的限制因素。

因此，正确的硬密封球阀阀座加工工艺，对于保证硬密封球阀的正常使用和有效性性能，具有至关重要的作用。

高品质的硬密封球阀阀座加工工艺，主要包括以下三个方面：（1）阀座加工。

阀座的加工主要是用来阀座的制造，采用了最先进的CNC数控机床，并采用多段加工技术，进行精加工，以保证阀座的成型精度，提高阀座使用寿命。

（2）阀杆加工。

阀杆加工是采用精确的车床加工进行加工，确保阀杆外锥度、螺纹、侧面面积，从而确保正常工作时硬密封球阀的性能特性。

（3）阀瓣加工。

阀瓣加工工艺主要是采用凸轮床和平面磨床加工，有效的确保阀瓣的表面平整度，以提高其磨损性能。

硬密封球阀阀座加工工艺的优势，主要在于它可以减少加工过程中材料塑性变形，提高产品加工精度，改善产品结构及使用寿命，减少制造成本，缩短物料周转时间，并实现轮换利用，从而使产品质量得以提高。

总之，硬密封球阀的阀座加工工艺的正确实施，无疑是保证硬密
封球阀的正常使用和有效性能的关键，也是硬密封球阀的成功实施的基础。

因此，在进行硬密封球阀的加工时，必须正确实施各个环节的工艺，并确保达到加工要求，使其达到最佳状态。

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耐磨金属硬密封球阀（耐磨球阀）:应用的工况：煤浆制备系统（煤粉和溶剂油混合进入初级输送泵）；煤浆进料加压系统（油煤浆混合液通过煤浆泵进行加压和输送）；含固煤浆废液回收和反应产物废渣回收系统；除了煤浆制备系统上的管道外，管道冲洗油线上的耐磨球阀一般用于与煤浆管道有直接接触的根部位置。

煤输送及煤粉加压工艺水煤浆输送开关阀。

煤粉给料锁斗进出口开关阀。

给料锁斗冲压及放空阀。

高压氮气开关阀。

汽化炉工艺氧气，蒸汽及高压锅炉给水开关阀。

事故氮，喷嘴冷却水开关阀。

激冷气压缩机进出口开关阀。

合成气事故切断。

除渣工艺渣锁斗进出口开关阀。

渣锁斗冲压及放空阀。

渣锁斗冲渣开关阀。

除灰工艺灰锁斗进出口开关阀。

灰锁斗冲压及放空阀。

耐磨阀特点：1、需耐高温，工况环境一般不超过500度，故辅助密封均采用石墨密封。

2、由于介质含颗粒，且温度较高，主密封采用金属密封，即要耐磨，故球体和阀座要进行硬化处理。

且阀门结构要保证开关防卡死，且阀座密封面带有刮刀。

同时阀座和体盖间间隙要防颗粒堵塞。

3、材料选择，工况腐蚀性较高，一般采用双相不锈钢。

耐磨金属密封球阀设计主要从阀门结构和密封面硬化处理两个角度考虑对于高温,高压氧气介质,主要考虑阀体材料和内件材料选择,阀体相当于压力容器,要求能够承受介质温度,压力和腐蚀, 常用材料316,MONEL,INCONEL, 对于内件则除了考虑上面的问题主要考虑耐冲刷和耐腐蚀,,对于316材质由于机械强度比较低,因此需要在球体表面进行硬化处理如喷涂镍基合金,硬度可以达到HRC 55,阀座则采用STELLITE堆焊阀座,HRC 45,这样金属密封面之间可以保证一定的硬度差,有利于密封. MONEL,INCONEL由于强度比较高,球体和阀座不需要表面硬化,但是球体和阀座选用不同的牌号,满足密封比压的要求.此外,这类型阀门还需要进行脱油脱脂处理,阀门为防火结构,至少符合API607 第四版对于含有颗粒,粉末介质的场合,除了上面谈到的问题,主要考虑阀门密封设计.首先,阀座应该为刮刀型阀座,此外弹簧腔和轴承部分要考虑防粉尘设计,阀体要有排放口,阀体流道要进行抛光和硬化处理. 此外就是密封面硬化处理,常用方式HVOF WC-12Co (硬度可达HV1200), 耐温到500度,结合强度可以到达65MPA.球和座之间的加工是最核心的,还有球和座的材料配合同样关键,结构设计的合理也很重要,比如阀杆与轴承之间的配合设计,阀座压紧弹簧的设计。

定义 (2)球体的圆度控制 (2)几种表面硬化处理工艺比较 (2)密封面配对材料的选择 (3)金属硬密封球阀球体的典型工艺过程 (7)金属硬密封球阀工艺过程中应该注意的问题 (7)硬化表面的加工 (8)定义金属硬密封球阀的制造工艺，主要分阀体和零部件的机加工工艺，球体的圆度控制工艺以及球体和阀座表面的樱花工艺。

金属硬密封球阀的阀体和零部件的机加工工艺，虽因各制造厂结构设计的不同稍有区别，单答题和通用阀门的机加工工艺相同。

本文内容重点介绍球体的圆度控制工艺以及躯体和阀座表面硬化工艺。

球体的圆度控制对于金属硬密封球阀，球体的圆度直接关系到阀门的密封性能。

通常球体在球面车床精车后应预留一定的磨削余量，经数控球面磨床磨削后进行表面处理。

表面处理后再进行数控球阀磨床精磨，然后再采用特制的球体研磨设备进行球面精密研磨。

研磨后的圆度采用三坐标测量仪检测，控制圆度误差在0.02-0.03mm以内。

几种表面硬化处理工艺比较由于金属硬密封球阀通常都应用在一些恶劣工况，如高温，高压且含有大量固体颗粒物的煤液化装置等。

同事，介质的腐蚀性也不尽相同，因此，金属硬密封球阀的阀体和阀座表面应根据具体工况采用不同的表面处理工艺。

尤其是抗硬固体颗粒介质的冲刷和磨损，以及腐蚀性介质的耐蚀表面，制备工艺较为复杂。

要全面提高密封面表面的埋没、耐蚀等性能，单靠改变基体材料的硬度和组织显然是不够的，因此需要对密封面采取不同的硬化手段。

一般有表面热处理和化学处理两种方式。

对于不同的处理方法，最后得到的密封面材料金组织不同，能够达到的硬度不同，耐磨性能也是不仅相同的。

表1-1是几种常用的典型硬化方式的简单介绍和比较。

密封面配对材料的选择密封面配对香料的选择，是金属密封球阀制造工艺的关键环节。

密封面配对材料的选择直接关系到阀门的性能、使用寿命、操作扭矩的大小。

因此，选择合适的密封面配对材料就非常重。

表1-1金属硬密封球阀的球体和阀座表面硬化处理工艺工艺方法特点表面化学沉积法（电镀硬铬、化学镀镍等）镀层薄，一般厚度为0.05-0.76mm，结合力差，长期使用后镀层磨损快且容易脱落，寿命不唱，工艺复杂，对于不规则零件难度更高，对环境污染严重，已逐渐淘汰表面硬化热处理，渗氮处理等硬化层厚度较薄，热处理过程中球体易表型，抗热喷涂镍基合金涂层厚度较厚，永昌能达到0.5-1.0mm，涂层结构力高，镍基合金耐高温、耐磨毛腐蚀等综合性能优良，能适用灰浆、煤粉、灰渣等工况，自溶性好，并可以通过改变配比获得不同的硬度（通常采用54-65HRC的硬度，求图硬度应高出阀座表面5HRV做哟，形成硬度差），单镍基合金热喷涂对基体材料和涅金合金材料的加热温度要求严格超音速火焰喷涂特曾厚度一般控制在0.3mm左右，结合力稍低于热喷涂镍基合金，通常为70-78mpa，硬度可高达70HRC以上，涂层均与，空隙率低，通常超音速火线喷涂的碳化钨和碳化钨钴铬涂层能适用于温度不超过540摄氏度的工况，如采用碳化铬或者陶瓷喷涂材料使用温度更高，根据工艺数据比较分析，其耐磨性是镀铬的2.5倍以上，而耐腐蚀性能与耐疲劳性也同样由于其他硬化方式，因此此硬化方式现在已被大多数用户认可和采用，是目前最先进的阀门密封面硬化方式之一。

硬密封固定球阀资料一. 概述流体的最佳运输方式是管线运输。

硬密封球阀相对于软密封球阀除了具有流体阻力小、开关迅速方便、密封性好、寿命长、可靠性高、易于配电动、气动装置等特点外，还可适应更宽范围的温度和流体介质领域，因此被广泛应用在管线运输当中。

硬密封球阀的球体和阀座均是用金属材料制造，金属与金属材料组成的密封副，通常被称为硬密封。

二.用途硬密封球阀主要用于石油、天然气以及化学工业的管路中，相对于软密封球阀，硬密封球阀主要用在以下两种工况：①高温场合（石墨填料密封结构）；②常温，但是管路中为粉末或颗粒状介质（O形圈密封结构）。

三.硬密封固定球阀工作原理和结构说明1．工作原理借助手柄或其他驱动装置在阀杆上端施加一定的转矩并传递给球体，使它旋转90度，球体的通孔则与阀体通道中心线重合或垂直，使球阀完成开关的动作。

顺时针关闭，逆时针开启。

2．结构说明硬密封球阀的设计规范执行API 6D。

主要由阀体、阀座、球体、阀杆和驱动装置组成。

分两种结构：填料密封和O形圈密封。

（见图一）填料密封（高温场合）O形圈密封（常温场合）图一硬密封固定球阀的结构①＞100℃的场合，使用填料密封结构。

球体与阀座采用硬密封。

阀座静压面与阀杆处均采用石墨填料密封。

取消阀杆与压盖法兰之间、球体与支撑板之间的推力垫。

压盖法兰与支撑板渗氮。

（该结构不受使用温度的限制，一般可使用到500℃左右）；②≤100℃的场合，使用O形圈密封结构。

与常规固定球阀结构大体相同（阀座与阀杆处需要有注油装置），阀座静压面与阀杆处均采用O形圈密封，只是球体与阀座处采用硬密封。

阀杆与压盖法兰之间、支撑板与球体之间用纯PTFE推力垫。

下面对填料密封的硬密封固定球阀的结构做一下具体介绍：（1）密封结构采用弹性阀座，沿阀门通道横截面圆周布置一组弹簧，始终保持阀座压紧球体而达到预紧状态。

阀座当其流体压力很底时，借弹簧的推力；而当流体压力较高时，借助流体压力在阀座上所产生的不平衡力保证密封。

K ^ fQ I N G H A I U N I V E R S I T Y 毕业设计说明书题目：________m m m M M m M —姓名：_________________________________学 号：_________________________________指导教师：_________________________________年级专业： 过程装备与控制工程2006级所在学院和系：_________________________________完成日期：___________2010年5月25日曰辩答2010年6月12日doc金属硬密封球阀的研制摘要阀门是流体管路的控制装置，其基本功能是接通或切断管路介质的流通，改变介质的流通，改 变介质的流动方向，调节介质的压力和流量，保护管路的设备的正常运行。

球阀具有流体阻力小，节 省能源，流向不受限制，启闭快等优点。

其综合技术性能比相同用途的截止阀、旋塞阀和蝶阀均优越。

设计重点介绍了球阀中最常用的三片式固定球金属硬密封球阀的设计过程和内容。

设计过程主要包括：阀门阀体和零部件的设计计算、结构设计、主要零部件的强度校核、相关 工艺的编制、装配和试压等。

根据毕业设计的要求，设计在严格遵循API6D和GB/T 12224-2005《钢 制阀门一般要求》等设计标准和规范的基础上，参考国际、国内现有球阀的结构，设计完成了球阀 中阀体、侧阀体、阀盖、阀杆、球体、等主要零部件的设计与校核等任务。

关键词.•管线球阀，设计，金属硬密封固定球阀docDEVELOPMENT OF THE METAL SEALING BALL VALVESABSTRACTT he valve is fluid pipe, the basic function of control device is connected or cut the circulation medium, change the circulation medium, change flow direction of medium, medium pressure and flow and protects the normal operation of the equipment, pipeline. T he ball valve has the advantages of small flow resistance, saving energy, Unrestricted flow, fast hoist and so on. It has excellent technical performance than stop valves, plug valves and butterfly valves. This project introduces the design process and the content of the three-petal type of fixed ball valve w ere introduced，which is the most commonly used one.T he design process mainly included The valve body and spare parts design and calculation, structural design, main spare part strength examination, Relevant process planning, assembly and testing e tc. According to the requirements in the task of the graduation design, strictly followed the request of the ISO 14313:2007 and GB/T 12224-2005 design standards and norms, referenced to the structure of the international and internal existing ball valves, and completed the design of the intermediate body, the Side body, bonnet，stem, ball and main spare parts and checking.Key words: Pipe ball valve，D esign，Metal seal fixed ball valvedoc目录1绪论 (1)1.1 雛 (1)1.2项目的背景 (1)1.3应用方向 (1)1.3.1油、气工业 (1)1.3.2能源工业 (2)1.3.3化学工业 (2)1.4球阀在国内、外的研究状况和市场前景 (2)1.4.1職状况 (2)1.4.1市场前景 (2)1.5阀门行业的发展趋势 (3)2球阀基本理论 (5)2.1定义 (5)2.2工作原理 (5)2.3球阀特点 (5)2.4 艘 (5)2.5主要零部件 (5)2.6关于本设计的意义 (6)2.6.1设计的目的 (6)2.6.2设计的研究范围 (6)2.6.3设计参数及要求 (6)2.6.4设计要解决的主要问题 (6)3m m n (i)3.1球_的结构设计 (7)3.1.1.球体支撑结构形式的确定 (7)3.1.2密封而的机构设计 (7)3.1.3关闭件和阀杆的连接设计 (7)3.1.4填料密封结构设计 (7)3.1.5阀杆和螺母的连接设计 (8)3.1.6阀体和阀盖的连接设计 (8)3.1.7旁通阀的设计 (8)3.1.8传动装置的设计 (8)3.1.9牙嵌式离合器的结构设计 (8)3.1.10轴承端盖的结构设计 (8)3.1.11球阀的整体设计 (8)3.2球阀的材料选择 (10)3.3球阀的设计计算 (10)3.3.1密封面必须比压的计算： (10)3.3.2球体直径的计算与校核 (10)3.3.3阀体壁厚的计算 (12)3.3.4阀座合力的计算 (13)3.3.5密封面设计比压的计算 (15)3.3.6密封角的计算 (15)3.3.7普通圆柱螺旋弹簧的主要参数和尺寸 (16)3.3.8阀杆扭矩的计算 (17)3.3.9阀杆强度及键的计算 (19)3.3.10侧法兰的计算 (22)3.3.11驱动装置的校核 (26)3.3.12压盖法兰的校核 (26)4后期加工和装配工艺 (29) (29)4.2 294.3 294.4.支撑板 (29)4.5阀体阀盖 (29)4.6 (30)4.7压盖法兰 (30)4.8•预紧弹簧 (30)4.9 (30)4.10压套、压板 (30)5压力试验 (31)5.1壳体试验 (31)5.2密封面密封试验 (31)5.3上密封试验 (32)6结论致谢参考文献doc1绪论1绪论1.1概述球阀问世于20世纪50年代，随着科学技术的飞速发展，生产工艺及产品结构的的不断改进，在短短的40年时间里，已迅速发展成为一种主要的阀类。

硬密封球阀内部结构
硬密封球阀的内部结构主要包括球体、球座、阀杆、阀体和密封件等组成。

1. 球体：硬密封球阀的球体通常为球形，由耐磨耐腐蚀的金属材料制成，如不锈钢、铬钼钢等。

球体上通常有一个或多个孔，用于控制介质的流动。

2. 球座：球座位于阀体内部，与球体紧密配合，形成封闭的密封环境。

球座一般由耐磨耐腐蚀的金属材料制成，如陶瓷、聚四氟乙烯等。

3. 阀杆：阀杆连接球体和操作装置，通过旋转阀杆来控制球体的开启和关闭。

阀杆一般由不锈钢材料制成，具有一定的强度和耐腐蚀性。

4. 阀体：阀体是包裹球体和球座的外壳，承受介质的压力，保证阀门的密封性和强度。

阀体一般由铸铁、不锈钢等材料制成，表面经过防腐处理。

5. 密封件：硬密封球阀的密封件主要包括球体与球座之间的密封圈以及阀杆与阀体之间的填料和密封圈。

密封圈一般由弹性材料制成，如橡胶、聚四氟乙烯等；填料一般为不锈钢丝绳、柔性石墨等。

硬密封球阀通过球体的旋转，使球体上的孔与球座进行相应的
对齐或关闭，从而实现介质的通断和调节，具有结构简单、操作方便、密封性好、耐高压、耐腐蚀等特点。