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                            • 技术文章

                              金属密封球阀研究耐磨损

                              2014-06-03 08:40:19

                               

                              结构特点
                                  金属密封耐磨损球阀采用弹性具有自动补偿功能的阀座结构防止阀门在含有颗粒介质的工况中或高

                              温情况下出现卡塞现象提高了阀门使用寿命球体和阀座具有良好的剪切和自洁功能适合对颗粒介质

                              和纤维介质的控制阀杆采用侧装式能确保填料处可靠密封以及阀杆防吹出阀门采用双向密封结构

                              即提高了阀门的密封性能也保证了介质逆向流动时的密封性能为防止介质倒流提供了必要的保障球

                              体和阀座密封面喷涂耐高温高压耐腐蚀和耐磨损的硬质合金

                                  3 技术处理
                                  1金属密封球阀的密封比压较高在结构设计中考虑密封比压所需要的弹簧预紧力采用下游阀

                              座固定上游阀座后设置碟形弹簧补偿结构
                                  2考虑温度对金属材料的线性膨胀影响采用高负载碟形弹簧既提供了阀门密封比压所需要的

                              初始预紧力也避免了因温度原因引起球体与阀座卡阻现象确保阀门启闭灵活由于固体颗粒介质进入

                              碟簧行程区会引起碟簧卡阻失效增设了碟簧保护结构确保阀门在低压情况下的密封性能
                                  3由于输送的介质中所含的固体颗粒硬度较高要求球体与阀座表面具有较高的硬度否则阀

                              门启闭的过程中会有固体颗粒镶嵌在球体表面上影响阀门的整体密封性能因此球体表面与阀座表面喷

                              涂碳化钨钴镍基合金或碳化铬等材料使密封表面硬度达到5664HRC不同的喷涂材料可以获得不

                              同的硬度
                                  4阀座设计成具有自洁功能的刮刀结构在阀门启?#23637;?#31243;中能对球体表面吸附物进行刮削防

                              ?#26500;?#20307;颗粒进入阀门密封面增加了阀门使用寿命
                                  5球体和阀座采用数控机床加工专用球面磨床磨削以及专用研磨机配对研磨
                                  4 设计计算
                                  以浮动式DN50-PN6.3金属密封球阀为例图1表1进行密封比压总摩擦扭矩碟形弹簧负载的

                              计算

                              图1 浮动式金属密封耐磨损球阀
                              表1 性能?#38382;?/p>

                                  4.1 密封比压硬质合金密封面的必需密封比压qb为
                                      1
                                  式中  m———与流体性质有关的系数
                                  a和c———与密封材料有关的系数
                                  P———流体的工作压力MPa
                                  b———密封面在投影宽度mm
                                  计算得出qb=14.15MPa
                                  设计密封比压q为
                                      2
                                  式中  Q———密封力密封面处介质力Qmj与碟形弹簧初始预紧力F的合力N
                                  D2———阀座外径mm
                                  D1———阀座内径mm
                                  计算得出q=53.29MPa   
                                  查表得材料许用比压q=80MPa因为qbqqݣ金属密封球阀密封比压初步设计?#38382;?#28385;足要


                                  4.2 总摩擦扭矩
                                  浮动球金属密封球阀扭矩M为
                                  M=Mm+Mt+Mμ       3
                                  式中   Mm———球体与阀座密封面间的摩擦扭矩N·mm
                                  Mm=Mm1+Mm2
                                  Mm1———球体与左阀座密封面间的摩擦转矩N·mm
                                 
                                  Mm2———球体与右阀座密封面间的摩擦转矩N·mm   
                                  QMZ———球体与右阀座密封面间的摩擦转矩N·mm
                                  F———实际弹簧加载预紧力N
                                  fM———球面与密封面的摩擦系数
                                  R———球体半径mm
                                  φ———球体与密封圈接触点与通道轴法向夹角°
                                  Mt———阀杆与填料间的摩擦扭矩N·mm
                                  Mt=12πμtdFhTP
                                  μt———摩擦系数
                                  dF———阀杆直径mm
                                  hF———填料总深度mm
                                  Mμ———阀杆台肩与止推垫间的摩擦扭矩N·mm
                                 
                                  DT———阀杆凸肩直径mm
                                  将数值代入可算得M
                                  4.3 碟形弹簧
                                  根据设计要求选择无支承面碟形弹簧图2为保证最小必需比压qminMPa预紧作用力Q1和碟形

                              弹簧负荷F为
                                 
                                 

                              图2 碟形弹簧
                                  因为选择了无支承面碟簧因此K4=1总高H0=3.2mm可压总高h0=2.2mm外径D=72mm内径

                              d=57.8mm厚度t=1mm减薄厚度t'=1mm变形量f=1mm弹性模量E=214000N/mm2?#27492;?#27604;μ=0.3可求

                              得F=1629N则FQ1碟簧的结构设计可以保证球阀的初始密封
                                  4.4  ?#38382;?#20998;析
                                  1根据计算数据可得qbqqݣ实现了球阀的金属密封副密封
                                  2根据ASMEB16.34选取安全的阀门壁厚并对中法兰和螺栓螺母强度验算
                                  3根据计算获得的总摩擦扭矩对阀杆强度校核并根据总摩擦扭矩选择合理的执行机构
                                  4参?#32960;?#22411;结构尺寸标准完成整套图纸设计
                                  5 结语
                                  阀门通过强度性能试验密封性能试验抗磨损性能试验以及实际工况使用证明金属密封耐磨损球

                              阀适用于含有大量固体颗粒的高温高压介质工况如聚丙烯项目中反应釜下料管道中含有大量聚丙烯颗粒

                              工况有机硅项目中含有高硬度硅粉颗粒工况等


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