一、鑄石耐磨陶瓷球閥結(jié)構(gòu)形式前言
之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹鑄石球閥是適用于電廠、礦山、冶金和化工等行業(yè)的灰漿和干灰管路中，用于液固、氣固兩相介質(zhì)輸送系統(tǒng)中做啟閉裝置，閥門閥座密封面的結(jié)構(gòu)形式，直接影響到閥門的質(zhì)量和使用壽命。由于鑄石球閥的閥座密封面通常采用PTFE材料，閥門開啟時(shí)，因顆粒對閥座密封面的撞擊，PTFE密封面很容易被擦傷，導(dǎo)致密封面被破壞。閥門出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)部泄漏，閥體內(nèi)腔產(chǎn)生結(jié)垢。嚴(yán)重時(shí)，閥門的啟閉都很困難。經(jīng)過走訪用戶，得到用戶反映的情況，鑄石耐磨陶瓷球閥是一種高耐磨,特殊密封硬漿體系統(tǒng)截止閥.開關(guān)靈活.易操作.高耐磨.耐腐蝕.密封嚴(yán)密,達(dá)到零泄漏密封效果。這種閥門是集國外球閥*技術(shù)基礎(chǔ)加上我公司自行研發(fā)的密封技術(shù)與具有高耐磨.耐酸的玄武巖鑄石結(jié)合為一體的一種新型閥門.該閥門主要用于火力發(fā)電廠除灰排渣系統(tǒng),礦山尾礦排渣系統(tǒng)和石油.化工.水場等介質(zhì)輸送行業(yè).鑄石耐磨球閥經(jīng)閥門久耐磨.因材質(zhì)工藝特殊所以使用壽是普通陶瓷閥門的三十倍以上。通過分析改進(jìn)了閥座的密封結(jié)構(gòu)，解決了鑄石球閥的內(nèi)部泄漏問題。 
二、鑄石耐磨陶瓷球閥結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)分析
通常鑄石球閥的閥座密封面采用的結(jié)構(gòu)是在浮動(dòng)支架套筒上加工的環(huán)形槽內(nèi)壓入PTFE矩形圈，然后經(jīng)過精加工裝配到閥體中而成。PTFE閥座具有一定的彈性，對球面密封面精加工過程中形成的微觀不平度具有一定的補(bǔ)償能力；PTFE閥座密封面的密封性能可靠。由于有兩個(gè)O形圈的作用形成浮動(dòng)閥座。浮動(dòng)閥座密封面與球體密封面之間的密封副依靠壓力的相互作用形成密封比壓。如圖1所示的閥座結(jié)構(gòu)的密封性能，主要取決于設(shè)計(jì)時(shí)閥座密封面的結(jié)構(gòu)形式和彈簧的壓縮量以及閥座密封面與球體密封面的加工精度；在同等條件下，如果彈簧的壓縮量小，密封比壓就小，密封性能就差；彈簧的壓縮量大，密封比壓就大，密封性能就好，所以閥門的密封主要是依靠密封比壓實(shí)現(xiàn)的。圖1 通型閥座形式
在灰渣管道中運(yùn)行閥門的啟閉過程中，閥門出口端閥座密封面正對著介質(zhì)，介質(zhì)連續(xù)不斷地對密封面進(jìn)行沖蝕、磨損、擦傷和撞擊，有的灰渣會(huì)嵌入PTFE矩形密封圈，使密封面變窄、密封比壓升高；密封面易被擠裂，閥門密封失效。閥門進(jìn)口端在開啟過程中，同樣受到介質(zhì)連續(xù)不斷地對進(jìn)口端密封面進(jìn)行磨損、擦傷，密封面易被擠裂，閥門密封失效。雖然浮動(dòng)支架套筒閥座PTFE密封結(jié)構(gòu)形式簡單，密封可靠，可是PTFE很難保證在灰渣水或干灰中的應(yīng)用。原因在于球閥經(jīng)常90°旋轉(zhuǎn)啟閉，特別是閥門在關(guān)閉時(shí)，介質(zhì)作用在球體上的推力，在球閥開啟時(shí)，這種推力轉(zhuǎn)移到介質(zhì)和介質(zhì)顆粒的速度上，向閥座密封面（PTFE）沖撞、磨損和擦傷，閥座密封面（PTFE）很快失效。閥座（zui先開啟的部位）磨損特別嚴(yán)重，時(shí)間一長介質(zhì)入口端的閥座密封面同樣泄漏，結(jié)果在閥體內(nèi)腔產(chǎn)生內(nèi)部泄漏，閥體腔內(nèi)部形成了介質(zhì)流，由于介質(zhì)的流動(dòng)又產(chǎn)生了渦流，所以在閥體和球體上形成結(jié)垢（如圖2所示），時(shí)間一長閥門密封也就失效。圖2 渦流產(chǎn)生結(jié)垢 鑄石球閥應(yīng)用于干灰（氣、固相）系統(tǒng)管道中，因?yàn)楦苫沂蔷哂幸欢ば缘姆垠w，還具有滲透性。鑄石球閥應(yīng)用于氣固相粉體的輸送管道中，閥座密封面采用的是硬密封，如圖3所示閥座結(jié)構(gòu)的閥門開啟過程中，硬密封面能將球體密封面上的干灰和固體顆粒剝離球體密封面，因此硬密封閥座具有清潔球體密封面的功能。圖3 普通硬密封閥座形式 由于密封面在加工過程中，產(chǎn)生尺寸公差和形位公差，形成密封面的微觀不平度，硬密封面對微觀不平度不能進(jìn)行有效的補(bǔ)償。閥門球體密封面和閥座密封面又受到介質(zhì)的作用力，推動(dòng)干灰從密封面的一側(cè)，向密封面的另一側(cè)滲透；由于長期的滲透，閥座密封面和閥體密封面遭受磨損，在閥座密封面和閥體密封面，特別是在閥體密封面，形成沿密封面寬度（球體通徑）由淺變深由寬變窄的風(fēng)溝（如圖4所示），有的能將閥體穿透，造成閥體外漏。圖4 閥體長期滲透形成的風(fēng)溝 
三、鑄石耐磨陶瓷球閥結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)措施
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況分析判斷以及多年來對球閥積累的經(jīng)驗(yàn)，對密封面進(jìn)行了改進(jìn)。
改進(jìn)閥座密封面為硬密封加軟密封組合而成的混合密封，如圖5所示。改進(jìn)后的閥座密封面，硬密封能清潔密封面，將顆粒和雜質(zhì)從球體密封面上清除；軟密封能將球體的微觀不平度填平，杜絕干灰的滲透。軟密封閥座采用充氣式U形環(huán)的軟密封閥座，環(huán)的兩側(cè)用兩個(gè)側(cè)環(huán)定位于浮動(dòng)支架套筒的斜U形槽內(nèi)。U形軟密封閥座是由氟橡膠密封材料制成。閥門在啟閉過程中，U形軟密封閥座密封面縮入槽環(huán)內(nèi)，并且密封面的位置也不是正面面對介質(zhì)，密封面露出的面積很小，所以，介質(zhì)對密封面的沖擊、磨損也很小，有效地防止了閥座的內(nèi)部泄漏，極大地延長了閥門的使用壽命，提高了閥門的可靠性。圖5 組合密封閥座鑄石耐磨耐腐蝕球閥安裝在電站鍋 爐水除灰管道系統(tǒng)上,作為啟閉裝置閥門。該產(chǎn)品在使用過程中還存在一些問題,如閥座密封與球芯接觸面積大,致使驅(qū)運(yùn)力矩增大,閥門開關(guān)不夠靈活,上下 閥桿設(shè)計(jì)過大,使用的原材料利用率過低,閥座結(jié)構(gòu)不合理及上密封處有滲水和漏水現(xiàn)象發(fā)生。為了解決這些問題,改進(jìn)了耐磨耐腐蝕球閥結(jié)構(gòu)形式及材料。
過去的閥體多為鑄造件,鑄造過程中存在著不確定因素,如氣孔、砂眼、疏松、夾渣、縮孔、裂紋等,影響閥門整體機(jī)械性能。為了向高參數(shù)及高性能方向發(fā)展,充 分發(fā)揮鉚焊加工能力特點(diǎn),參照國內(nèi)外同類產(chǎn)品,采用混合離散變量的*化設(shè)計(jì)方法及韌性好的鋼板材料焊接而成。與鑄造件比較,鋼板焊接的閥體壁厚 可以減薄,且強(qiáng)度高、韌性好,質(zhì)量比鑄造的閥體可減輕約1/6。
四、閥座密封圈
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥改進(jìn)后的U形軟密封閥座圈，控制軟密封閥座前部凸起部分的幾何形狀，密封面可以作成幾種形式，如圖6所示。用調(diào)節(jié)閥座密封面的幾何形狀，來控制密封面的密封比壓和采用膨脹閥座防止閥座密封面的磨損。
如圖6a所示的閥座密封面，在腔體壓力p的作用下，A點(diǎn)與球體密封面接觸，接觸瞬間密封比壓很大，隨著壓力的增加，A點(diǎn)發(fā)生了彈性變形，隨著彈性變形的增加，密封面以A點(diǎn)為圓心轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)密封面變大了。由彈性變形填充球面的微觀不平度密封性能較好，密封面與介質(zhì)的接觸面積小，密封面的磨損也小。
如圖6b所示的閥座密封面，在腔體壓力p的作用下，閥門開啟時(shí)，B點(diǎn)與球面接觸，因?yàn)锽點(diǎn)的頂點(diǎn)是圓面，所以接觸瞬間，B點(diǎn)產(chǎn)生彈性變形，由彈性變形填充球面的微觀不平度密封性能較好。閥門開啟時(shí)與介質(zhì)的接觸面積較大，閥座密封面磨損較大。
如圖6c所示的閥座密封面，在腔體壓力p的作用下，C點(diǎn)與球體表面接觸，接觸瞬間密封比壓很大，隨著壓力的增加，C點(diǎn)發(fā)生了彈性變形，因?yàn)榇碎y座密封面較厚，所以隨著彈性變形的增加，密封面產(chǎn)生以C點(diǎn)為圓心轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢，密封比壓較大，由于結(jié)構(gòu)的特殊，閥門在開啟時(shí)與介質(zhì)的接觸面積較小，密封面磨損較小，所以密封面的密封性能較好。 圖6 軟密封閥座的三種形式 五、電氣、氣動(dòng)和液動(dòng)控制原理
控制系統(tǒng)采用兩位兩通電磁閥加三聯(lián)體和氣動(dòng)增壓裝置結(jié)構(gòu)，連接方法如圖7所示。圖7 電氣、氣動(dòng)和液動(dòng)控制原理圖1.電動(dòng)頭微動(dòng)開關(guān) 2.二位電磁閥 3.三聯(lián)體 4.氣體壓力調(diào)節(jié)閥5.活塞 6.氣控液體增壓裝置 7.固定球閥 
（1）關(guān)閉閥門按下按鈕QC，再按下按鈕SC，接觸器KC有信號(hào)，觸點(diǎn)KC閉合，電動(dòng)機(jī)M轉(zhuǎn)動(dòng)，閥門開始關(guān)閉，閥門微動(dòng)開關(guān)K1、K2閉合，二位電磁閥有信號(hào)；二位電磁閥處于P位排氣，氣控液體增壓裝置上腔氣體壓力趨于0；下腔由于彈簧的作用液體趨于負(fù)壓；球閥U形軟閥座縮回到矩形槽中。U形軟密封閥座密封面脫離與球體密封面的接觸，實(shí)現(xiàn)閥門啟閉過程中，U形軟密封閥座密封面與球體密封面的零接觸。球體開始轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)閉閥門直至轉(zhuǎn)到0°，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，閥門關(guān)閉；微動(dòng)開關(guān)K2斷開，二位電磁閥無信號(hào)；在二位電磁閥彈簧的作用下，二位電磁閥N導(dǎo)通，壓力氣體進(jìn)入氣控液體增壓裝置的上腔。由于壓力的作用，活塞向下移動(dòng)壓縮液體，導(dǎo)致下腔液體的壓力增加；在液體壓力的作用下，與球體密封面作用形成密封比壓而密封。 
（2）開啟閥門按下按鈕S0接觸器K0有信號(hào)，觸點(diǎn)K0閉合，電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn)，閥門開始開啟，閥門微動(dòng)開關(guān)K1、K2閉合二位電磁閥有信號(hào)，電磁閥處于P位排氣。氣控液體增壓裝置上腔氣體壓力趨于0，下腔由于彈簧的作用液體趨于負(fù)壓，U形軟密封閥座縮回到矩形槽中，U形軟密封閥座密封面脫離與球體密封面的接觸；實(shí)現(xiàn)閥門啟閉過程中，U形軟密封閥座密封面與球體密封面的零接觸。球體轉(zhuǎn)動(dòng)開始開啟閥門直至90°，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，閥門開啟。微動(dòng)開關(guān)K1斷開，二位電磁閥無信號(hào)；在二位電磁閥彈簧的作用下，二位電磁閥N導(dǎo)通，壓力氣體進(jìn)入氣控液體增壓裝置的上腔。由于壓力的作用活塞向下移動(dòng)，壓縮液體導(dǎo)致下腔液體的壓力增加；在液體壓力的作用下，球閥中的U形軟密封閥座與球體密封面作用形成密封比壓而密封。
六、結(jié)語
通過觀察，鑄石球閥組合式密封閥座在現(xiàn)場運(yùn)行的情況及對用戶進(jìn)行走訪，從反饋的信息來看，運(yùn)行結(jié)果顯示閥座密封良好，在運(yùn)行一年多的時(shí)間未發(fā)生內(nèi)外泄漏。該閥座密封可靠，鑄石球閥結(jié)構(gòu)簡單合理，保障了電廠除灰系統(tǒng)長期穩(wěn)定、安全的運(yùn)行，滿足用戶的需要，提高了社會(huì)效益。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥
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