專利名稱：顆粒狀介質(zhì)用高溫金屬硬密封球閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球閥，具體來說，涉及一種顆粒狀介質(zhì)用高溫金屬硬密封球閥。
背景技術(shù)：
球閥是由旋塞演變而來的，它的啟閉件作為一個(gè)球體，利用球體繞閥桿的軸線旋轉(zhuǎn)90。實(shí)現(xiàn)開啟和關(guān)閉的目的。球閥在管道上主要用于切斷、分配和改變介質(zhì)流動(dòng)方向，球閥不僅結(jié)構(gòu)簡單、密封性能好，而且在一定的公稱通經(jīng)范圍內(nèi)體積較小、重量輕、材料耗用少、安裝尺寸小，并且驅(qū)動(dòng)力矩小，操作簡便、易實(shí)現(xiàn)快速啟閉，球閥是近十幾年來發(fā)展最快的閥門品種之一。特別是在美、日、德、法、意、西、英等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，球閥的使用非常廣泛，使用品種和數(shù)量仍在繼續(xù)擴(kuò)大，并向高溫、高壓、大口經(jīng)、高密封性、長壽命、優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能以及一閥多功能方向發(fā)展，其可靠性及其他性能指標(biāo)均達(dá)到較高水平，并已部分取代 閘閥、截止閥、節(jié)流閥。隨著球閥的技術(shù)進(jìn)步，在可以預(yù)見的短時(shí)見內(nèi)，特別是在石油天然氣管線上、煉油裂解裝置上以及核工業(yè)上將有更廣泛的應(yīng)用。此外，在其他工業(yè)中的大中型口徑、中低壓力領(lǐng)域，球閥也將會(huì)成為主導(dǎo)的閥門類型之一。依據(jù)球閥閥座使用材料的不同,球閥分為軟密封球閥和硬密封球閥。軟密封球閥閥座最常用的材料是聚四氟乙烯和填充聚四氟乙烯，硬密封球閥閥座材料常用金屬或者陶瓷。依據(jù)使用溫度的不同，我們通常把使用溫度高于250°C的球閥稱為高溫球閥。由于在高于250°C高溫條件下可作為球閥軟密封閥座高分子材料品種很有限，所以高溫球閥的閥座一般采用金屬或者陶瓷制作，即高溫球閥密封經(jīng)常采用硬密封形式。目前國際上生產(chǎn)高溫硬密封球閥的主要公司有美國MOGAS公司、VTI公司、VOLK公司、SST公司、VELAN公司、日本北村公司等等。顆粒狀介質(zhì)用高溫金屬硬密封球閥主要用于煤氣化、電廠、鋼廠、鋁廠等輸送鋼灰、煤粉、硅粉和氧化鋁粉末等特殊介質(zhì)的要求。其中煤氣化技術(shù)的應(yīng)用至今已經(jīng)有30多年的歷史，該技術(shù)在中國也已經(jīng)有著10多年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)了，是目前國內(nèi)所使用的較為成熟的煤氣化技術(shù)。隨著國內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)的不斷升溫，水煤漿加壓氣化制取水煤氣的生產(chǎn)工藝被大量采用。水煤漿氣化工藝流程分為制漿系統(tǒng)、合成氣系統(tǒng)、燒嘴冷卻系統(tǒng)、鎖斗系統(tǒng)、閃蒸和水處理系統(tǒng)等。水煤漿氣化工藝是在1350°C、40MPa以上的高溫、高壓條件下，使水煤漿和氧氣進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，使煤部分變成煤氣。煤氣經(jīng)過激冷水浴、洗滌、除塵制成水蒸汽飽和的合成氣送出，而煤中部分未燃盡的碳和不可燃的灰分在高溫下形成熔渣經(jīng)水冷卻和破渣機(jī)破碎，通過鎖斗定期排入渣池。整個(gè)生產(chǎn)過程不僅存在高溫、高壓、易燃、易爆的氣體介質(zhì)和固體顆粒介質(zhì)，還要求整個(gè)排渣集渣過程服從程序控制。在鎖斗系統(tǒng)中，閥門用于具有高溫、高壓和高磨蝕等特點(diǎn)的集渣和排渣循環(huán)過程，開關(guān)頻率高且在高壓條件下具有嚴(yán)密密封性。因相對(duì)普通的硬密封球閥來說，水煤漿工況用硬密封球閥要適用于高溫、高壓、強(qiáng)沖蝕、強(qiáng)腐蝕等工況條件，在設(shè)計(jì)和制造過程中存在不少技術(shù)難點(diǎn)。由于球閥具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、啟閉迅速的特點(diǎn)，因此不少球閥生產(chǎn)企業(yè)在硬密封高溫結(jié)構(gòu)開發(fā)上做了不少工作。高溫球閥使用的主要場合有煤化工系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)、石油、電廠。也適用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸和尿素等多種介質(zhì)。在使用中，金屬硬密封球閥的主要失效形式是沖蝕磨損。雖然，通過表面熱處理或堆焊硬質(zhì)合金等方法能提高金屬硬密封球閥的使用壽命和耐擦傷性能，但仍然不能滿足輸送鋼灰、煤粉、硅粉和氧化鋁粉末等特殊介質(zhì)的要求。目前高溫硬密封球閥存在主要問題(I)由于多層軟硬疊式密封圈固定在閥板上，當(dāng)閥板常開狀態(tài)時(shí)介質(zhì)對(duì)其密封面形成正面沖刷，金屬片夾層中的軟密封帶受沖刷后，直接影響密封性能。(2)金屬硬密封球閥受結(jié)構(gòu)條件的限制該結(jié)構(gòu)不適應(yīng)做通徑DN200以下閥門，原因是閥板整體結(jié)構(gòu)太厚，流阻大。(3)因三偏心結(jié)構(gòu)的原理，閥板的密封面與閥座之間的密封是靠傳動(dòng)裝置的力矩使閥板壓向閥座。正流狀態(tài)時(shí)，介質(zhì)壓力越高密封擠壓越緊。當(dāng)流道介質(zhì)逆流時(shí)隨著介質(zhì) 壓力的增大閥板與閥座之間的單位正壓力小于介質(zhì)壓強(qiáng)時(shí)，密封開始泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種密封效果好，抗沖蝕磨損性強(qiáng)的適合顆粒狀介質(zhì)用高溫金屬硬密封球閥。本發(fā)明提供的粒狀介質(zhì)用高溫金屬硬密封球閥，包括閥體、球體、閥桿、閥座和底蓋，所述球體設(shè)置在閥體內(nèi)部的腔室內(nèi)，與球體相連接的用于帶動(dòng)該球體運(yùn)動(dòng)的閥桿通過閥體上部中心通孔伸出閥體外，底蓋位于閥體的底部，包括底蓋底板和底蓋軸，底蓋底板與閥體活動(dòng)連接，底蓋軸穿過閥體下部的通孔與閥體腔室內(nèi)的球體相連接，所述球體和閥座均為金屬材料制成，閥座安裝在閥體內(nèi)部與球體相接觸的內(nèi)壁上，其中閥座外側(cè)設(shè)置有彈簧座，彈簧座與閥座之間的凹槽內(nèi)安裝有碟形彈簧，彈簧座外側(cè)設(shè)置有壓圈，所述壓圈通過螺釘固定安裝在彈簧座上，彈簧座、壓圈和閥體三者相接觸的位置設(shè)置有起密封作用的四開環(huán)，閥座與閥體之間的凹槽內(nèi)設(shè)置有0型圈，0型圈的材料為氟橡膠。在另一優(yōu)選例中，所述閥桿與閥體上部通孔的空隙處至下而上依次設(shè)置有0型圈、止推墊片、滑動(dòng)軸承、止推軸承、調(diào)整墊、填料墊和填料，填料上部設(shè)置有填料壓蓋和限位片，閥桿與填料墊之間的凹槽內(nèi)設(shè)置有防靜電彈簧，填料墊與閥體上部通孔內(nèi)壁之間的凹槽內(nèi)設(shè)置有四開環(huán)。在另一優(yōu)選例中，所述止推墊片的材料為聚四氟乙烯(PTFE)，所述填料為石墨。在另一優(yōu)選例中，底蓋軸通過卡裝在球體底部的凹槽內(nèi)的方式與球體相連接，底蓋軸與球體底部凹槽之間的空隙處由下而上依次設(shè)置有止推軸承和滑動(dòng)軸承。在另一優(yōu)選例中，在所述閥座的前后有刮削刀刃。在另一優(yōu)選例中，所述球體整體呈V型。在另一優(yōu)選例中，制成球體與閥座的金屬材料為鑄鋼，球體表面噴焊有鎳基WC，閥座密封面堆焊有司太立特合金(STL合金)。在另一優(yōu)選例中，球體表面焊層厚度為0. 5-0. 8mm,閥座密封面表面焊層厚度為
0.5-0. 8mm。在另一優(yōu)選例中，所述球體噴焊鎳基WC前后，均經(jīng)過專用球面磨床磨削，閥座堆焊后采用數(shù)控機(jī)床加工，球體與閥座達(dá)到一定精度要求后，將兩者進(jìn)行配對(duì)研磨。
在另一優(yōu)選例中，采用超音速火焰噴涂技術(shù)對(duì)球體進(jìn)行噴焊處理。本發(fā)明提供的粒狀介質(zhì)用高溫金屬硬密封球閥，具有以下有益效果(I)采用蝶形彈簧補(bǔ)償結(jié)構(gòu)外、金屬對(duì)金屬硬密封、異形氟橡膠密封軟密封、PTFE保護(hù)性密封和注脂補(bǔ)充性密封五重閥座組合密封結(jié)構(gòu)。五重密封副的結(jié)構(gòu)材料標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可以自由更換，能針對(duì)煤氣化、煤改油、火電除灰、煉油焦化、裂解等不同工況、不同介質(zhì)、不同溫度，選用不同的材料組合，以達(dá)到最佳的密封效果和密封性能；同時(shí)維修、更換方便。由于密封閥座采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊化設(shè)計(jì)、組合密封技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了閥門的高密封性能和自清潔功能。既能保證高密封性能，又有自清潔功能，防止雜質(zhì)對(duì)密封副損傷。(2)采用組合閥桿密封技術(shù)，既具有自動(dòng)補(bǔ)償磨損性能，又可實(shí)現(xiàn)帶壓在線安全維修，不影響管線的正常運(yùn)行。(3)采用特殊的加工工藝，提高零件的加工精度，從而提高了密封的可靠性。(4)采用密封副配對(duì)材料，密封副材料配對(duì)的選擇直接關(guān)系到閥門的性能、使用壽命和操作扭矩。本發(fā)明采用的配對(duì)由于采用了不同的配對(duì)材料，及鎳基合金本身具有高的耐磨性和較好的高溫性能，以及閥座密封面堆焊STL合金層較厚，抗咬性好。適用于輸送腐蝕性強(qiáng)、溫度高及帶顆粒的漿料、粉末等惡劣工況的介質(zhì)。同時(shí)還解決了由于頻繁開啟而造成密封面之間的磨損。(5)采用球體超音速噴鍍工藝，能在球體表面形成碳化物金屬陶瓷涂層，該涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)70MPa，孔隙率< 2%，具有均勻致密的結(jié)構(gòu)，比較完整的保持了硬質(zhì)相WC的特性，硬度> 1000HV，耐磨耐蝕性能好，有很好的機(jī)械力學(xué)性能，可以顯著改善球閥的使用性能。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖I是本發(fā)明粒狀介質(zhì)用高溫金屬硬密封球閥的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I中I部分的放大示意圖；圖3是圖I中II部分的放大示意圖；圖4是本發(fā)明粒狀介質(zhì)用高溫金屬硬密封球閥的底蓋的結(jié)構(gòu)示意5是本發(fā)明粒狀介質(zhì)用高溫金屬硬密封球閥的球體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明圖I示意了本發(fā)明的粒狀介質(zhì)用高溫金屬硬密封球閥的結(jié)構(gòu)，該球閥包括閥體I、球體2、閥桿3、閥座4和底蓋5，所述球體設(shè)置在閥體內(nèi)部的腔室內(nèi)，與球體相連接的用于帶動(dòng)該球體運(yùn)動(dòng)的閥桿通過閥體上部中心通孔伸出閥體外，底蓋位于閥體的底部，包括底蓋底板51和底蓋軸52，參見圖4。底蓋底板與閥體活動(dòng)連接，底蓋軸穿過閥體下部的通孔與閥體腔室內(nèi)的球體2相連接，所述球體和閥座均為金屬材料制成。圖2示意了閥座部分 的結(jié)構(gòu)，閥座4安裝在閥體內(nèi)部與球體相接觸的內(nèi)壁上，其中閥座外側(cè)設(shè)置有彈簧座6，彈簧座與閥座之間的凹槽內(nèi)安裝有碟形彈簧7，彈簧座外側(cè)設(shè)置有壓圈8，所述壓圈通過螺釘9固定安裝在彈簧座上，彈簧座、壓圈和閥體三者相接觸的位置設(shè)置有起密封作用的四開環(huán)10，閥座與閥體之間的凹槽內(nèi)設(shè)置有O型圈11，0型圈的材料為氟橡膠。該球閥采用蝶形彈簧補(bǔ)償結(jié)構(gòu)、金屬對(duì)金屬硬密封結(jié)構(gòu)和異形氟橡膠密封軟密封結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式。由于密封閥座采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊化設(shè)計(jì)、組合密封技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了閥門的高密封性能和自清潔功能。既能保證高密封性能，又有自清潔功能，防止雜質(zhì)對(duì)密封副損傷。圖I結(jié)合圖3 —并示意了閥桿部分的結(jié)構(gòu)，所述閥桿與閥體上部通孔的空隙處至下而上依次設(shè)置有0型圈12、止推墊片13、滑動(dòng)軸承14、止推軸承15、調(diào)整墊16、填料墊17和填料18，填料上部設(shè)置有填料壓蓋19和限位片20，閥桿與填料墊之間的凹槽內(nèi)設(shè)置有防靜電彈簧21，填料墊與閥體上部通孔內(nèi)壁之間的凹槽內(nèi)設(shè)置有四開環(huán)22。所述止推墊片的材料為PTFE，填料為石墨。該球閥采用組合閥桿密封技術(shù)，閥桿密封組合采用了 PTFE保護(hù)性密封、0型圈、石墨等多項(xiàng)密封技術(shù)和彈性補(bǔ)償密封技術(shù)，既具有自動(dòng)補(bǔ)償磨損性能，又可實(shí)現(xiàn)帶壓在線安全維修，不影響管線的正常運(yùn)行。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，底蓋軸通過卡裝在球體底部的凹槽內(nèi)的方式與球體相連接，底蓋軸與球體底部凹槽之間的空隙處由下而上依次設(shè)置有止推軸承23和滑動(dòng)軸承 24。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在所述閥座的前后有刮削刀刃(圖中未示出)。在閥座的前、后都增加“刮削刀刃”的設(shè)計(jì)，可以使閥門在開啟或關(guān)閉的過程中，閥座刀刃都對(duì)球體表面吸附物起到刮削作用，從而不至于把介質(zhì)帶入密封副之間破壞密封面，影響整體球閥的密封性能。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述球體整體呈V型，圖5示意V型球體的形狀。設(shè)計(jì)成V形開口的球閥還具有良好的流量調(diào)節(jié)功能。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，制成球體與閥座的金屬材料為鑄鋼，球體表面噴焊有鎳基WC，閥座密封面堆焊有STL合金。球體表面焊層厚度為0. 5-0. 8mm,閥座密封面表面焊層厚度為0. 5-0. 8mm。顆粒、煤粉在管線中的流動(dòng)速度很快，因此要求球體密封面必須有較高的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)還要求所噴焊的密封材料和基體材料有較高的結(jié)合強(qiáng)度，以及基體材料本身的強(qiáng)度較好，這樣噴焊層才不能從基體表面脫落，從而失去密封性能。本發(fā)明采用的配對(duì)由于采用了不同的配對(duì)材料，及鎳基合金本身具有高的耐磨性和較好的高溫性能，以及閥座密封面堆焊STL合金層較厚，抗咬性好。適用于輸送腐蝕性強(qiáng)、溫度高及帶顆粒的漿料、粉末等惡劣工況的介質(zhì)。同時(shí)還解決了由于頻繁開啟而造成密封面之間的磨損。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述球體噴焊鎳基WC前后，均經(jīng)過專用球面磨床磨肖IJ，閥座堆焊后采用數(shù)控機(jī)床加工，球體與閥座達(dá)到一定精度要求后，將兩者進(jìn)行配對(duì)研磨。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，采用超音速火焰噴涂技術(shù)對(duì)球體進(jìn)行噴焊處理。采用這種噴涂方法，能在球體表面形成碳化物金屬陶瓷涂層，該涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)70MPa，孔隙率< 2%，具有均勻致密的結(jié)構(gòu)，比較完整的保持了硬質(zhì)相WC的特性，硬度>1000HV，耐磨耐蝕性能好，有很好的機(jī)械力學(xué)性能,可以顯著改善球閥的使用性能。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本實(shí)發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種顆粒狀介質(zhì)用高溫金屬硬密封球閥，包括閥體、球體、閥桿、閥座和底蓋，所述球體設(shè)置在閥體內(nèi)部的腔室內(nèi)，與球體相連接的用于帶動(dòng)該球體運(yùn)動(dòng)的閥桿通過閥體上部中心通孔伸出閥體外，底蓋位于閥體的底部，包括底蓋底板和底蓋軸，底蓋底板與閥體活動(dòng)連接，底蓋軸穿過閥體下部的通孔與閥體腔室內(nèi)的球體相連接，所述球體和閥座均為金屬材料制成，閥座安裝在閥體內(nèi)部與球體相接觸的內(nèi)壁上，其特征在于，閥座外側(cè)設(shè)置有彈簧座，彈簧座與閥座之間的凹槽內(nèi)安裝有碟形彈簧，彈簧座外側(cè)設(shè)置有壓圈，所述壓圈通過螺釘固定安裝在彈簧座上，彈簧座、壓圈和閥體三者相接觸的位置設(shè)置有起密封作用的四開環(huán)，閥座與閥體之間的凹槽內(nèi)設(shè)置有O型圈，O型圈的材料為氟橡膠。
2.如權(quán)利要求I所述的高溫金屬硬密封球閥，其特征在于，所述閥桿與閥體上部通孔的空隙處至下而上依次設(shè)置有O型圈、止推墊片、滑動(dòng)軸承、止推軸承、調(diào)整墊、填料墊和填料，填料上部設(shè)置有填料壓蓋和限位片，閥桿與填料墊之間的凹槽內(nèi)設(shè)置有防靜電彈簧，填料墊與閥體上部通孔內(nèi)壁之間的凹槽內(nèi)設(shè)置有四開環(huán)。
3.如權(quán)利要求2所述的高溫金屬硬密封球閥，其特征在于，所述止推墊片的材料為聚四氟乙烯，所述填料為石墨。
4.如權(quán)利要求I所述的高溫金屬硬密封球閥，其特征在于，底蓋軸通過卡裝在球體底部的凹槽內(nèi)的方式與球體相連接，底蓋軸與球體底部凹槽之間的空隙處由下而上依次設(shè)置有止推軸承和滑動(dòng)軸承。
5.如權(quán)利要求I所述的高溫金屬硬密封球閥，其特征在于，在所述閥座的前后設(shè)有刮削刀刃。
6.如權(quán)利要求I所述的高溫金屬硬密封球閥，其特征在于，所述球體整體呈V型。
7.如權(quán)利要求I所述的高溫金屬硬密封球閥，其特征在于，制成球體與閥座的金屬材料為鑄鋼，球體表面噴焊有鎳基WC，閥座密封面堆焊有司太立特合金。
8.如權(quán)利要求7所述的高溫金屬硬密封球閥，其特征在于，球體表面焊層厚度為·0.5-0. 8mm,閥座密封面表面焊層厚度為0. 5-0. 8mm。
9.如權(quán)利要求7所述的高溫金屬硬密封球閥，其特征在于，所述球體噴焊鎳基WC前后，均經(jīng)過專用球面磨床磨削，閥座堆焊后采用數(shù)控機(jī)床加工，球體與閥座達(dá)到一定精度要求后，將兩者進(jìn)行配對(duì)研磨。
10.如權(quán)利要求7所述的高溫金屬硬密封球閥，其特征在于，采用超音速火焰噴涂技術(shù)對(duì)球體進(jìn)行噴焊處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種顆粒狀介質(zhì)用高溫金屬硬密封球閥，包括閥體、球體、閥桿、閥座和底蓋，球體設(shè)置在閥體內(nèi)部的腔室內(nèi)，與球體相連接的閥桿通過閥體上部中心通孔伸出閥體外，底蓋位于閥體的底部，包括底蓋底板和底蓋軸，底蓋底板與閥體活動(dòng)連接，底蓋軸穿過閥體下部的通孔與閥體腔室內(nèi)的球體相連接，球體和閥座均為金屬材料制成，閥座安裝在閥體內(nèi)部與球體相接觸的內(nèi)壁上，其中閥座外側(cè)設(shè)置有彈簧座，彈簧座與閥座之間的凹槽內(nèi)安裝有碟形彈簧，彈簧座外側(cè)設(shè)置有壓圈，所述壓圈通過螺釘固定安裝在彈簧座上，彈簧座、壓圈和閥體三者相接觸的位置設(shè)置有起密封作用的四開環(huán)，閥座與閥體之間的凹槽內(nèi)設(shè)置有O型圈，O型圈的材料為氟橡膠。
文檔編號(hào)F16K41/06GK102654202SQ20121011695
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者李國平 申請(qǐng)人:浙江歐維克閥門有限公司