1、概述

　　隨著科學技術的發展以及現代工業的需求，金屬密封球閥在輸送特殊介質的工況中( 如紙漿、水煤漿和硅粉等含有固體顆粒的混合液) 得到越來越廣泛的應用。根據工況要求，研制了金屬密封耐磨損球閥。

2、結構特點

　　金屬密封耐磨損球閥采用彈性具有自動補償功能的閥座結構，防止閥門在含有顆粒介質的工況中或高溫情況下出現卡塞現象，提高了閥門使用壽命。球體和閥座具有良好的剪切和自潔功能，適合對顆粒介質和纖維介質的控制。閥桿采用側裝式，能確保填料處可靠密封以及閥桿防吹出。閥門采用雙向密封結構，即提高了閥門的密封性能，也保證了介質逆向流動時的密封性能，為防止介質倒流提供了必要的保障。球體和閥座密封面噴涂耐高溫高壓、耐腐蝕和耐磨損的硬質合金。

3、技術處理

　　(1) 金屬密封球閥的密封比壓較高，在結構設計中考慮密封比壓所需要的彈簧預緊力，采用下游閥座固定，上游閥座后設置碟形彈簧補償結構。

　　(2) 考慮溫度對金屬材料的線性膨脹影響，采用高負載碟形彈簧。既提供了閥門密封比壓所需要的初始預緊力，也避免了因溫度原因引起球體與閥座卡阻現象，確保閥門啟閉靈活。由于固體顆粒介質進入碟簧行程區會引起碟簧卡阻失效，增設了碟簧保護結構，確保閥門在低壓情況下的密封性能。

　　(3) 由于輸送的介質中所含的固體顆粒硬度較高，要求球體與閥座表面具有較高的硬度。否則，閥門啟閉的過程中會有固體顆粒鑲嵌在球體表面上，影響閥門的整體密封性能。因此球體表面與閥座表面噴涂碳化鎢鈷、鎳基合金或碳化鉻等材料。使密封表面硬度達到56 ～ 64HRC。不同的噴涂材料，可以獲得不同的硬度。

　　(4) 閥座設計成具有自潔功能的刮刀結構，在閥門啟閉過程中，能對球體表面吸附物進行刮削，防止固體顆粒進入閥門密封面，增加了閥門使用壽命。

　　(5) 球體和閥座采用數控機床加工，專用球面磨床磨削，以及專用研磨機配對研磨。

4、設計計算

　　以浮動式DN50-PN6.3 金屬密封球閥為例( 圖1，表1) ，進行密封比壓、總摩擦扭矩、碟形彈簧負載的計算。

圖1 浮動式金屬密封耐磨損球閥

表1 性能參數

　　4.4、參數分析

　　( 1) 根據計算數據可得qb < q <[q]，實現了球閥的金屬密封副密封。

　　( 2) 根據ASME B16. 34 選取安全的閥門壁厚，并對中法蘭和螺栓螺母強度驗算。

　　( 3) 根據計算獲得的總摩擦扭矩對閥桿強度校核，并根據總摩擦扭矩選擇合理的執行機構。

　　( 4) 參照外型結構尺寸標準，完成整套圖紙設計。

5、結語

　　閥門通過強度性能試驗、密封性能試驗、抗磨損性能試驗以及實際工況使用證明，金屬密封耐磨損球閥適用于含有大量固體顆粒的高溫高壓介質工況，如聚丙烯項目中反應釜下料管道中含有大量聚丙烯顆粒工況，有機硅項目中含有高硬度硅粉顆粒工況等。

參考文獻

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　　〔4〕蘇志東，尹玉杰，張清雙，等. 閥門制造工藝〔M〕. 北京: 化學工業出版社，2011.

　　〔5〕章華友，陳元芳. 球閥選型與設計〔M〕. 北京科學技術出版社.

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