硬密封球阀设计

V型硬密封球阀密封结构的改进设计1 密封结构改进方法在现有的V型阀结构中，一般采用板簧结构密封，通过阀盖在压紧阀座的过程中，阀座通过板簧变形，使V型球面与阀座产生一个预紧力，达到密封效果，在客户使用过程中，不断遇到新的工况要求，介质为粉尘或是细小颗粒，当阀门开启及关闭过程中，使阀门的开关扭矩增大，无法正常开关，甚至使弹性密封结构因为介质的填充无法达到设计的目的。

在经过对其它厂家阀门以上结构的分析研究，并与使用厂家沟通交流后，我们总结为有以下两个主要问题需要改进：①由于介质为固体的金属粉末或砂石粉末，造成后面板簧处时间长后介质填满内部空间，造成弹性失效而使阀门卡阻，不能打开或关闭；②阀座长时间使用由于硬质颗粒的冲刷造成阀座的磨损损坏而产生泄漏。

针对客户提出的问题，新设计开发的V型弹性硬密封球阀[1-2]，改进了以上问题产生处的阀门结构，本结构采用弹簧变形产生的压力使阀门密封，开启关闭时，阀门的开关速度平稳，开关力矩较小，为了避免因为阀门在开关时阀座的移动，使阀盖，阀座及阀体之间产生间隙，粉尘介质进入压力弹簧工作空间，将会使弹簧无法正常工作，特采用了密封垫片，保证弹簧正常工作，避免了粉尘介质的侵入。

2 改进后结构特点经过对原来产品的改进，新设计的阀门密封结构达到了以下性能方面的提升：①本结构阀门主要采用压力弹簧变形来控制阀门的开关扭矩及达到密封的要求，采用密封垫片Ⅰ及密封垫片Ⅱ保证了弹簧的工作环境，不会因为介质的侵入而影响弹簧性能，保证了阀门的开启及闭合速度平稳，开关扭矩较小，避免产生扭矩太大而使阀门无法正常开关；②本结构阀座及阀盖，在进料孔端采用锥面进料，并在阀座靠近密封带处有高出密封带的台阶孔，此结构减少了因为物料冲刷而使密封面磨损，提高了阀门的使用寿命；③当阀门在使用中因为开关引起阀座磨损时，可以重新调换调整垫片，以改变阀座密封压力，使阀门达到密封要求，延长阀门使用寿命。

3 设计计算本产品改进的主要是密封结构处，所以对密封处的密封比压进行了计算验证，参考《实用阀门设计手册》中球阀产品设计公式，以DN150规格为例进行计算。

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。

多晶硅行业中硬密封球阀的设计特点于洋【摘要】通过对多晶硅行业工作环境的分析，提出硅粉介质工况下硬密封球阀的一些设计思路。

通过分析得出，与常规硬密封球阀相比，多晶硅行业中应用的硬密封球阀应该采用更加宽大的球座密封面，双刮刀设计的阀座，更全面的硬质合金喷涂以及更有效的阀座弹簧保护措施和更强劲的外部驱动力等设计。

%By the analysis of the working environment for polysilicon production ,this paper proposed several Design idear of Metal -seated ball valve working under such environment .In analysis ,compear-ing to the usualenvironment ,Metal-seated ball valve using for polysilicon production should have more widely sealing between ball and seat ,both blade design for seat ,more flame plating with hard alloy , more effectivity protect for seat -spring and more stronger driving force .T his paper also discussed the necessity of these designations by these opinions .【期刊名称】《河南机电高等专科学校学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】3页(P60-62)【关键词】硬密封球阀;多晶硅;硅粉;密封;硬质合金【作者】于洋【作者单位】驻马店职业技术学院，河南驻马店463000【正文语种】中文【中图分类】U173.4引言球阀，是切断阀中的一种，通过启闭钢球的90度旋转来控制流体的一种管道压力容器，因其流阻小，结构简单，使用方便等特点，被广泛应用于石油炼制、长输管线，化工、造纸、水利、电力、钢铁等行业。

煤化工金属硬密封球阀有限元分析及结构优化设计分析摘要：文章结合煤化工的基本情况，对煤化工金属硬密球阀的有限元分析展开研究，在有限元分析之后，实现对结构的优化设计，提高煤化工金属硬密球阀的服务能力，使之满足相应工业生产的需求，推动煤化工行业的稳定健康发展。

关键词：煤化工；金属硬密球阀；有限元分析；结构优化设计在煤化工行业发展中，为了满足煤化工的发展需求，要对煤化工工作中的相应器件进行控制，其中金属硬密球阀是煤化工工艺中的重要器具，为了提高金属硬密球阀的功能，要对其展开有限元分析，经过分析后，对结构优化设计进行分析，提高煤化工金属硬密封球阀的功能和作用，推动煤化工行业的健康发展。

基于此，文章以煤化工金属硬密封球阀为研究对象，对其的有限元分析进行研究，再对结构优化设计进行分析，提高其的服务能力，促使煤化工的相关工作能顺利进行。

1.煤化工金属硬密封球阀的相关研究金属硬密封球阀在煤化工工艺中，具有较高的应用价值，其可以用在介质在油、气、水的基础上，再增加煤粉、煤渣、渣浆等高粘性和高硬度的固体颗粒中。

在工作时，可用于煤气化的装置中。

而且其还可以用于此类介质球阀使用一段时间后，比较容易出现卡顿或是开关不到位的情况，甚至还会有内漏的问题，直接影响金属硬密封球阀的功能和作用。

甚至还会有执行器的持续输出能给球阀整体的操作带来影响，导致破坏的情况发生，甚至会影响球阀的功能。

在金属硬密封球阀工作中，可能会受到一些因素的影响，导致金属硬密封球阀的工作受到影响。

1）内漏。

内漏是金属硬密封球阀常见的问题，其主要是因为工艺介质的性质、运行条件、密封副涂层材料等因素，都可能引起内漏的情况发生。

如果副涂层的选取不合理，也可能导致开关过程中，密封面之间出现严重拉伤的情况。

另外，如果上下游相对压差相对较大，就可能导致流通间隙相对较小，流速相对较快的，会导致球阀开关出现频率不断增加的情况，引起球阀内漏的情况出现。

2）卡顿和开关不到位。

这种情况，主要是因为密封面拉伤、固体颗粒介质在阀腔内堆积，还可能因为相关部件的设计不合理，也就影响金属硬密封球阀的服务作用。

关于双向偏心金属硬密封球阀的设计应用摘要：双向偏心金属硬密封球阀是普通球阀的改进型之一，它受温度限制小，操作轻便，磨损较小，很好地解决了普通球阀的一些缺点。

关键词：球阀双向偏心1.双向偏心金属硬密封球阀的结构1.1.球阀是带圆型通孔的球体作为启闭件，球体随阀杆转动，以实现阀门启闭动作的阀门。

球阀以结构紧凑、尺寸小、流通面积大、直通式、中间无阻碍、流阻小、启闭迅速等优点，广泛应用于管路系统，是目前工业上常用的阀门。

双向偏心金属硬密封球阀（图1所示）是在球阀的基础上，引进半球阀原理，使启闭件（球）与密封球座，在关闭时保持双面密封，应用偏心楔紧原理，每面都与相应的阀座形成楔紧状态，达到密封楔紧所需要的比压。

在开启时偏心球向外旋动，使球形密封面与阀座脱离开，不接触，球体自由地在两支撑轴上空转，减少了摩擦。

1.2.密封原理：双向密封球阀是将阀芯（球体）如图2所示的几何形状做成对称双偏心式的两个球半径相等，偏心距e=e的球面。

使球形阀芯与其相对应的阀座形成楔型的结构。

阀芯在支撑半轴上转动，开启时偏心球体逆时针转动，球体密封面与阀座脱开，互相不接触，阀芯在两半轴上空转。

关闭时球体顺时针旋转，应用圆偏心楔紧原理，每个球面都与其相对应的阀座形成楔紧状态，达到楔紧所需要的密封比压。

关键零件是球形阀芯的几何形状，作成对称双偏心式球面，使其球型阀芯与两端阀座形成楔型结构。

若一个密封面是液体迎着球面的密封副工作，另一个密封副则成为顺流正向的工作密封副。

由于作用在球面阀芯上的压力方向不同，密封正压力总值也就不同。

流向压力大，承载密封能力越大。

双向偏心金属硬密封球阀的最大特点是：既可逆向承载（）的密封压力；更能顺向承载（）的密封压力。

而且，一旦逆向的密封压力失效时，又一道顺流方向的承载力发挥作用，其承载能力可增加30～60%，承载能力使阀体组件保证可靠的工作状态。

2.偏心球的设计原理及其计算公式2.1.自锁条件：如图3所示圆偏心及其升角变化斜面机构的自锁条件是斜面螺旋升角α小于偏心体与底面、偏心轴与孔壁间的摩擦角、之和，即螺旋升角小于摩擦角2.2.图中自锁条件的力矩平衡方程式：令摩擦系数μ1=0.1，且忽略偏心园盘轴与孔壁间的摩擦力矩，取μ2=0，上述公式简化为：实际应用中，考虑到系统中各部位的摩擦及阀座环口的非平面因素，取μ1=0.15，可以满足：即自锁条件为：偏心球体直径D，偏心量e，满足上述条件，就能在相关尺寸设计时保证阀门自锁条件，即阀门在使用过程中不会自行松开，保证安全可靠。

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。