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水泥浆硬密封球阀主要适用于高温、高压、强冲蚀、强腐蚀等工况条件,在设计和制造过程中存在不少技术难点。
1.密封比压高 水煤浆工况用硬密封球阀由于采用金属材料为密封面,所需要的密封比压比软密封要高得多,因此如何从设计上保证适当的密封比压,提高零件的形位公差以及提高表面光洁度要求是十分重要的。
2.球体表面硬度高 煤粉颗粒的硬度较高,此工况情形下,在阀门关闭的状态时要求球体表面硬度层有较高的硬度,否则,当阀门开启的过程中会有煤粉颗粒镶嵌在球体表面上,从而破坏球体表面,以至于影响到阀门的整体密封性能。
3.喷焊层结合强度高 煤粉在管线中的流动速度很快,因此要求球体密封面必须有较高的硬度和强度,同时还要求所喷焊的密封材料和基体材料有较高的结合强度,以及基体材料本身的强度较好,这样喷焊层才不能从基体表面脱落,而失去密封性能。
4.自洁功能 煤浆的吸附性较强,容易粘在球体表面上。在阀门启闭过程中,介质颗粒被带到阀座与球体的密封面之间,破坏了球体与阀座之间的密封副,从而影响阀门的密封性能,使阀门的使用寿命大大缩短。这就要求阀门具有很好的“自洁”功能,从而保证球体和阀座密封副不被破坏。
5.加工难 由于水煤浆工况用硬密封球阀的密封表面均采用超硬材料或表面硬化处理,用普通刀具无法加工,即使能加工其加工精度也不能满足要求,同时还要求加工设备具有足够的强度,因此选择合适的刀具非常重要。
水煤浆工况硬密封球阀问题解决方法
根据上述技术难点,要设计和制造出相应水煤浆工况用硬密封球阀,就必须有切合实际的可行性解决方法。
1.阀座碟形弹簧补偿结构 由于采用金属材料作为密封面,所需密封比压比软密封要高得多,从结构设计上保证提供适当密封比压显得尤为重要。所以采用“弹簧+阀座”的组合阀座结构,通过高负载碟形弹簧提供初始预紧密封比压。考虑到高温时金属材料的线性膨胀影响,采用碟形弹簧串联的组合设计方式,这样即满足了碟形弹簧所提供的初始预紧力,同时又解决了由于热膨胀所造成过大摩擦力矩的情形。这样既能满足阀门在低压情况下的密封性能,又能提供一个较高的密封剪切力,使阀座与球体始终紧贴在一起,在球阀开启、关闭的过程中阀座对球体表面起到“清洁”的作用。另外,在阀座的前、后都增加了“刮削刀刃”的设计,使阀门在开启或关闭的过程中,阀座刀刃都对球体表面吸附物起到刮削作用,从而不至于把介质带入密封副之间破坏密封面,影响整体球阀的密封性能。
2.特殊的加工工艺 零件的加工精度对密封的可靠性提高也起到关键性作用,尤其对球体和阀座的加工要求显得更为重要。球体喷涂WC前后都须用专用球面磨床磨削。阀座堆焊后,采用数控机床加工。当球体和阀座达到一定精度要求时,两者进行配对研磨。
3.密封副配对材料 密封副材料配对的选择直接关系到阀门的性能、使用寿命和操作扭矩。根据热处理条件,以及机械加工手段。选择球体表面喷焊镍基WC与阀座密封面堆焊STL合金的形式较为理想。这种配对使球体表面喷焊层硬度和厚度有保证,能满足高温、高压以及频繁开启的应用场合。该配对由于采用了不同的配对材料,及镍基合金本身具有高的耐磨性和较好的高温性能,以及阀座密封面堆焊STL合金层较厚,抗咬性好。适用于输送腐蚀性强、温度高及带颗粒的浆料、粉末等恶劣工况的介质。同时还解决了由于频繁开启而造成密封面之间的磨损。
