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金属硬密封耐磨球阀的设计、制造与工艺课件
3.3、金属硬密封球阀启闭扭矩的问题 对于口径较大压力较高的球阀,一般采用固定球结构设计,对于该结构的球阀,可以通过改进结构设计以减小作用在阀座上的介质推力,从而有效减小球阀的启闭扭矩,但是减少介质作用在阀座上的推力,同时也会降低阀门的密封性能,因此,如何通过优化设计既能保证阀门的密封性能,同时又能降低阀门的启闭扭矩是阀门设计者需要考虑的一个关键问题。 采用上下阀轴直接定位球体的结构设计 采用上下阀轴直接定位球体的结构设计 采用上下阀轴直接定位球体,该结构设计尽管简单,但是由于阀轴既要承受管道中的介质推力,又要承受启闭球阀的扭矩,因此,阀门的启闭扭矩较大。另一方面,由于阀轴与阀体为动配合,有一定的配合间隙,阀门关闭时介质作用在球体上的巨大推力必然会使阀轴产生一定的倾斜,从而导致阀门启闭时扭矩的增大,另一方面,阀轴的倾斜还容易引起阀轴部位的介质泄漏。 采用上下支承轴定位球体的结构设计 采用上下支承轴定位球体的结构设计 球体采用上下支承轴定位的结构设计,上下支承轴与阀体静配合,不会产生支承轴的倾斜,阀杆设置在上支承轴内部,介质对球体的推力由上下支撑轴承受,阀杆仅仅传递启闭阀门的扭矩,因此可以大大减少阀杆的扭矩。 3.4、高温工况的结构设计 金属硬密封球阀通常应用于高温工况,材料在高温下的热膨胀是金属硬密封球阀设计必须考虑的问题。高温金属硬密封球阀的阀座与阀体之间的密封通常采用柔性石墨,柔性石墨等材料在高温下会产生体积膨胀,如果结构设计没有考虑材料在高温下的膨胀补偿,阀门在高温下必然会因为材料的膨胀而被卡死而不能动作。为了解决该问题,通常在阀座背后设置弹簧,通过弹簧来调整和补偿高温下材料的膨胀问题。弹簧可以有多种结构形式,如圆柱螺旋弹簧、蝶形弹簧、板簧及波型弹簧等。为了保证弹簧在高温下的性能,弹簧一般采用Inconel材料制造。对于蝶形弹簧和板簧,为了改善弹簧的性能,可以采用多片薄型弹簧的组合结构设计。 3.5、固体介质的粘结问题 金属硬密封球阀通常应用于固体液体混合的介质,某些固体液体混合介质特别容易粘结在球体等零件的表面,导致阀门无法启闭。对于这样的工况介质,通常在阀座密封面的两侧设置刮刀结构(专利结构),这样在阀门的启闭过程中,阀座两侧的刮刀可以自动的刮除球体表面粘结的杂质,从而确保阀门能够自如的启闭,并同时具有良好的密封性能。 3.5、固体介质的粘结问题 对用于易粘结的固体液体混合介质,尽管采用刮刀可以刮除球体表面的粘结物,但是球阀的启闭扭矩必然会有较大的增加,因此,在设计时应该考虑到这种不利的影响因素,在阀轴的强度设计、材料的选用,尤其是球体与阀轴的连接强度以及阀轴与驱动装置的连接强度应该有足够的余量,而且,在驱动装置的配置时同样应该考虑有更大的驱动力,以保证在极端的工况条件下阀门的正常启闭。 3.5、固体介质的粘结问题 固体介质的粘结还可能引起阀座弹簧的失效,严重的会导致阀门卡死而无法启闭,为了防止弹簧被介质粘结而失效,通常在弹簧腔设置柔性石墨密封圈,以阻挡固体介质进入弹簧腔体。 3.6、硬固体颗粒介质的磨损和冲刷问题 球阀全开时的通道相当于一个直管段,流体阻力最小,而且阀座和球体没有暴露在流动的介质中,因此,处在全开状态下的球阀基本没有磨损和冲刷的问题。而对于关闭状态下的球阀,如果阀门完全密封,则管道中的介质没有流动,因此,阀门也不会被磨损和冲刷。 3.6、硬固体颗粒介质的磨损和冲刷问题 对于含有硬固体颗粒的高压介质,当阀门密封不良时是最容易被磨损和冲刷的,在一些极端的工况条件下,阀门的泄漏甚至会在一、两个小时就导致阀体因为磨损而穿孔。对于密封性能良好的球阀,在阀门刚刚开启的瞬间是最容易被磨损的。此时,在阀座与球体最先脱开的部位,由于此处压差很大,流速很高,因此很容易被磨损 3.6、硬固体颗粒介质的磨损和冲刷问题 通过以下措施来减缓阀门的磨损: A、提高阀门的启闭速度可以有效地减少阀门的磨损,尤其对于开关频繁的阀门。 B、在开启球阀之前通过旁通对球阀前后的压力进行平衡,一旦球阀上下游的压差减小了,介质对阀门的磨损也会同时减小。 C、设计时适当考虑增大球体的直径,使球体的密封部位不容易被磨损,即使球阀在使用过程中出现了磨损,也不会影响阀门的密封性能。 D、在球体和阀座容易被磨损的部位喷焊耐磨材料。 E、在球阀的通道部位增加耐磨衬套,以增强球阀的抗磨损能力。 3.7、部件之间的连接问题 由于高参数金属硬密封耐磨球阀的工况条件苛刻,一些细节的忽视也可能引起阀门的失效。比如支架与阀体的连接、支架与驱动装置的连接、球体的上支撑接盘与阀体的连接,对于普通的软密封球阀,由于扭矩较小,采用螺栓螺母就可以解决连接问题,但是由于高参数金属硬密封耐磨球阀的扭矩很大,而螺栓螺母的连接存在较大的间隙,很容易引起连接部件之间的错位
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