專利名稱：防破裂大口徑復合陶瓷球閥的球體及復合陶瓷球閥的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種于化工、脫硫、漿液、灰粉、煤化工等行業(yè)陶瓷球閥，這種陶瓷球閥適合在高腐蝕、高磨損、強沖刷或磨損腐蝕復合惡劣工況下長壽命使用。還涉及這種陶瓷球閥的制作方法。
背景技術：
目前全襯陶瓷球閥處于工業(yè)應用的初期階段，所用工程陶瓷材料有TZP(氧化鋯陶瓷)、ADZ (氧化鋁增韌氧化鋯復合陶瓷)、ZTA (氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷)、氧化鋁工程陶瓷及氮化硅工程陶瓷。在這些不同材質的陶瓷球閥中，工作可靠性對比從高到低的順序氧化鋯陶瓷、氧化鋁增韌氧化鋯復合陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷、氧化鋁陶瓷。陶瓷球閥的高耐磨性及高耐腐蝕性是金屬材料無法比擬的，已逐步被市場接受。在脫硫、化工酸堿鹽高腐蝕工況及礦漿、煤化工、硅粉、煤粉調節(jié)等高磨損工況廣泛應用。不利因素是可靠 性較差，追究其損壞的原因，半數(shù)以上都是陶瓷球芯破裂而導致閥門失效。因此，解決陶瓷球閥高可靠穩(wěn)定工作，在設計預期時限內不出現(xiàn)意外破裂損壞，是亟待解決的難題。第二個難題是大口徑陶瓷球體的生產有局限性陶瓷球體制作受成型工藝及燒結條件的限制，球體口徑只能做DN200以下，制作> DN200的陶瓷球閥難以實現(xiàn)。普通陶瓷球閥的生產過程陶瓷球閥閥芯部件采用冷等靜壓成型管狀毛坯；上車床車制成整體帶通道球體、閥座、端套、體套；高溫窯爐1500°C _1650°C燒結(不同材質不同溫度)；燒結致密的陶瓷件經磨床精磨加工至圖紙尺寸，再經拋光研磨至密封要求；將陶瓷端套和陶瓷體套通過熱裝配或膠粘工藝組裝到金屬閥體內；最后將陶瓷閥座和陶瓷球體裝入閥門內，裝配調試達到合格的陶瓷球閥產品。陶瓷球體是核心部件，制作過程用氧化鋯或增韌氧化鋯復合陶瓷造粒粉裝入橡膠模具內，密封好后吊入冷等靜壓機液壓缸內，經ISOMPa壓力壓制保壓后脫模；制成管狀毛坯；毛坯管用脹緊工裝上車床車外圓后切段；管段外圓再車成球面，球體制備完成。球體要經1600°C保溫燒成，陶瓷球體壁厚極不均勻端口很薄中部很厚，燒結方法及工藝曲線不合理時成品率下降。DN150通徑的球坯體中部和邊緣壁厚差值> 50mm，需要長時保溫來保證球體完全致密燒結；盡管采取很多措施，也很難確保球體力學性能一致，時有端口裂紋或者內部密度低等缺陷。> DN200通徑的球體，由于壁厚太厚，自重大，燒結時端口無法承受自重易出現(xiàn)裂紋，中部厚壁部分不能完全燒結，即使作出成品在性能上也是不合乎材料指標的。燒結后陶瓷球體用工裝夾緊在球面磨床上，磨削加工至要求的尺寸及圓度；再上整形拋光設備修正拋光球面至鏡面；最后在球體中線開弧線槽或銑出橢圓孔，與閥桿配合連接轉動球體開閉球閥。

實用新型內容本實用新型的目的就在于克服上述不足提供一種防破裂大口徑復合陶瓷球閥的球體及復合陶瓷球閥。本實用新型的目的可通過以下措施來實現(xiàn)[0007]一種防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體，由陶瓷筒、金屬環(huán)、左陶瓷球面帽和右陶瓷球面帽組裝而成，金屬環(huán)在陶瓷筒外壁于陶瓷筒正中處固定，金屬環(huán)與陶瓷筒通過熱裝工藝或膠粘工藝結合，左、右陶瓷球面帽套入陶瓷筒外部移至中線覆蓋金屬環(huán)，左、右陶瓷球面帽端面緊密貼合，內用高溫高強度膠填充粘結牢固，在金屬環(huán)上開設有與閥桿相配的弧線槽或銑出橢圓孔。上述破裂大口徑復合陶瓷球閥球體，所述陶瓷筒、左陶瓷球面帽、右陶瓷球面帽的材質均是氧化鋯陶瓷或氧化鋁增韌氧化鋯復合陶瓷；陶瓷筒、左陶瓷球面帽和右陶瓷球面帽的成型用冷等靜壓成型。上述防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體，所述陶瓷筒的通道孔為V型陶瓷管或者是O形陶瓷管。一種含有防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體的防破裂大口徑復合陶瓷球閥，包括防 破裂大口徑復合陶瓷球體、金屬閥體、陶瓷體套、右陶瓷閥座、右陶瓷端套、右法蘭、左陶瓷閥座、左陶瓷端套、左法蘭和閥桿，防破裂大口徑復合陶瓷球體與陶瓷閥座密封配合，陶瓷閥座由左陶瓷閥座和右陶瓷閥座構成，陶瓷閥座置于陶瓷端套內，陶瓷端套由左陶瓷端套和右陶瓷端套構成，左陶瓷閥座置于左陶瓷端套內，右陶瓷閥座置于右陶瓷端套內，陶瓷端套前沿插入陶瓷體套，陶瓷體套外設有金屬閥體，在左陶瓷端套外套設有左法蘭，在右陶瓷端套外套設有右法蘭，左法蘭和右法蘭通過螺栓連接，閥桿設置在防破裂大口徑復合陶瓷球體的弧線槽或橢圓孔內。上述含有防破裂大口徑復合陶瓷球體的防破裂大口徑復合陶瓷球閥，所述防破裂大口徑復合陶瓷球體(陶瓷筒、左陶瓷球面帽和右陶瓷球面帽)、左陶瓷閥座、右陶瓷閥座的材質均是氧化鋯陶瓷或氧化鋁增韌氧化鋯復合陶瓷；左陶瓷端套、陶瓷體套、右陶瓷端套的材質均是氧化鋁工程陶瓷；陶瓷筒、左陶瓷球面帽、右陶瓷球面帽、左陶瓷閥座、右陶瓷閥座、陶瓷體套、左陶瓷端套和右陶瓷端套所有這些陶瓷件成型工藝用冷等靜壓成型工藝。采用上述技術方案，本實用新型有以下優(yōu)點陶瓷球體采用金屬和陶瓷組裝復合，金屬部分作承受扭力的受力部件，外部陶瓷高硬度材料作耐腐蝕耐沖刷的優(yōu)化設計，使復合陶瓷球體承受高扭矩不破裂和高腐蝕高沖刷工況長壽命的優(yōu)點；另外本實用新型復合陶瓷球體可突破小口徑球閥的局限性，拓展了工程陶瓷生產加工和燒結條件等因素的限制，是陶瓷球體的生產制作工藝簡易化，生產可控可操作性提高，可輕易實現(xiàn)制作成> DN200通徑的大口徑陶瓷球體，從而實現(xiàn)大口徑陶瓷球閥的制造。陶瓷球閥有O型球閥和V型球閥，V型球體的陶瓷球閥更適合作調節(jié)流量使用。陶瓷球閥的通道全襯陶瓷，流通介質不與金屬外殼接觸，除王水和氫氟酸之外，能抵御所有酸堿鹽的腐蝕；工程陶瓷的硬度極高，是金屬的兩倍以上，使用壽命是金屬球閥的10倍以上。本實用新型的復合陶瓷球體與普通陶瓷球體可靠性對比采用上述工藝方法精密加工而成的復合陶瓷球體，開弧形槽或橢圓孔及方孔的部位在金屬環(huán)上，閥桿插入槽或孔內拔動金屬環(huán)使球體實現(xiàn)開閉。金屬環(huán)作受力部件，扭轉力均勻傳遞給陶瓷筒帶動球體轉動，金屬韌性高，金屬環(huán)與陶瓷筒正十字狀結構，金屬環(huán)緊箍陶瓷筒使陶瓷的受力強度增力口，扭力分布均勻，球體在閥座上滑動運行，是最適合的結構陶瓷運行方式。組合式復合陶瓷球體具有承受大扭力的結構設計，可實現(xiàn)高可靠性工作。對比普通陶瓷球體受力部位在陶瓷球體上端局部受力，閥桿直接拔動陶瓷球體上磨削而成弧形槽或橢圓孔，在出現(xiàn)介質壓力波動或閥座擠死不能浮動以及閥腔內積灰凝結卡阻等情況，陶瓷球體承受扭矩急劇增力口，在開閉閥門時陶瓷球體無法承受就會開裂或破損致使閥門失效。本實用新型解決了大口徑陶瓷球閥無法生產的難題，采用此組裝式復合陶瓷球體陶瓷筒、陶瓷球面帽可以設計成壁厚較均勻容易制作的部件，陶瓷的厚度以滿足強度及耐磨性指標要求來設計，剩余的空間尺寸有金屬環(huán)來填充，金屬制作成本低且容易加工。金屬環(huán)與陶瓷筒呈正十字狀結構，金屬環(huán)箍緊陶瓷筒使陶瓷的受力強度增加，扭力分布均勻，球體在閥座上滑動運行，是最適宜的工程陶瓷運行方式。復合陶瓷球體具備金屬的高可靠性和陶瓷材料的高耐沖刷高耐腐蝕性。金屬環(huán)材質采用304或316L來滿足不同的工況。

圖I是普通O型陶瓷球閥球體的結構示意圖。圖2是圖I A-A剖視圖。圖3是普通V型陶瓷球閥球體的結構示意圖。圖4是圖3 B-B剖視圖。圖5是O型防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體的結構示意圖。圖6是圖5 C-C剖視圖。圖7是V型防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體的結構示意圖。圖8是圖7 D-D剖視圖。圖9是防破裂大口徑復合陶瓷球閥結構示意圖。圖10是陶瓷球閥球體的制作過程示意圖。
具體實施方式
如圖3-8所示所一種防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體，由陶瓷筒14、金屬環(huán)11、左陶瓷球面帽12和右陶瓷球面帽13組裝而成，金屬環(huán)11在陶瓷筒14外壁于陶瓷筒正中處固定，金屬環(huán)11與陶瓷筒14通過熱裝工藝或膠粘工藝結合，左、右陶瓷球面帽套入陶瓷筒外部移至中線覆蓋金屬環(huán)，左、右陶瓷球面帽端面緊密貼合，內用高溫高強度膠填充粘結牢固，在金屬環(huán)11上開設有與閥桿10相配的弧線槽或銑出橢圓孔，所述陶瓷筒14、左陶瓷球面帽、右陶瓷球面帽的材質均是氧化鋯陶瓷或氧化鋁增韌氧化鋯復合陶瓷；陶瓷筒、左陶瓷球面帽和右陶瓷球面帽的成型用冷等靜壓成型，所述陶瓷筒的通道孔為V型陶瓷管或者是O形陶瓷管。如圖9所示的一種含有防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體的防破裂大口徑復合陶瓷球閥，包括防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體8、金屬閥體9、右陶瓷閥座7、右陶瓷端套6、右法蘭5、陶瓷體套4、左陶瓷閥座3、左陶瓷端套2、左法蘭I和閥桿10，防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體8球面與陶瓷閥座密封配合，陶瓷閥座由左陶瓷閥座3和右陶瓷閥座7構成，陶瓷閥座置于陶瓷端套內，陶瓷端套由左陶瓷端套2和右陶瓷端套6構成，左陶瓷閥座3置于左陶瓷端套2內，右陶瓷閥座7置于右陶瓷端套6內，左陶瓷端套2和右陶瓷端套6的前沿插入陶瓷體套4，陶瓷體套4外套設有金屬閥體9，在左陶瓷端套2外套設有左法蘭1，在右陶瓷端套6外套設有右法蘭5，左法蘭I和右法蘭5通過螺栓連接，閥桿10設置在防破裂大口徑復合陶瓷球體的弧線槽或橢圓孔內，所述防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體(含陶瓷筒、左陶瓷球面帽、右陶瓷球面帽)、左陶瓷閥座和右陶瓷閥座的材質均是氧化鋯陶瓷或氧化鋁增韌氧化鋯復合陶瓷；左陶瓷端套、右陶瓷端套、陶瓷體套的材質均是氧化鋁工程陶瓷；陶瓷筒、左陶瓷球面帽、右陶瓷球面帽、左陶瓷閥座、右陶瓷閥座、陶瓷體套、左陶瓷端套和右陶瓷端套這些陶瓷件成型工藝用冷等靜壓成型工藝。如圖1 0所示，防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體的制作方法，包括以下步驟a.陶瓷球體分解為陶瓷筒、金屬環(huán)、左陶瓷球面帽和右陶瓷球面帽四個部件；b.陶瓷筒、左陶瓷球面帽和右陶瓷球面帽的制作過程用氧化鋯或增韌氧化鋯復合陶瓷造粒粉裝入橡膠模具內，密封好后吊入冷等靜壓機液壓缸內，經ISOMPa壓力壓制保壓后脫模，制成管狀毛坯，毛坯管用脹緊工裝上車床車外圓后切段，管段外圓再車成球面，分別制成陶瓷筒、左陶瓷球面帽、右陶瓷球面帽毛坯；c.陶瓷筒、左陶瓷球面帽和右陶瓷球面帽毛坯要經1600°C保溫燒成；d. 陶瓷筒外圓和左右陶瓷球面帽的內孔經精密磨加工；左右陶瓷球面帽的端面再進行平面磨加工后，按設計尺寸要求銑出豁口 ；金屬環(huán)套在陶瓷筒的外壁于陶瓷筒正中處固定，金屬環(huán)與陶瓷筒通過熱裝工藝或膠粘工藝結合；兩端陶瓷球面帽套入陶瓷筒外部移至中線覆蓋金屬環(huán)，左右陶瓷球面帽端面緊密貼合，內用高溫高強度膠填充粘結牢固；復合陶瓷球體至此制作完成；e.陶瓷球體球面磨加工是將復合陶瓷球體用工裝夾緊在球面磨床上，磨削加工至要求的尺寸及圓度；f.再上整形拋光設備進行圓度整形拋光球面至鏡面；g.在球面暴露金屬的部位開弧線槽或銑出橢圓孔，與閥桿配合連接轉動球體開閉球閥。防破裂大口徑復合陶瓷球閥的制作方法，包括以下步驟a.防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體的制作；b.陶瓷球閥閥芯部件采用冷等靜壓成型管狀毛坯；上車床車制成閥座、端套、體套；高溫窯爐1500°C -1650°C燒結；c.燒結致密的陶瓷件經磨床精磨加工至圖紙尺寸，球體與閥座經拋光配對研磨至密封要求；d.將陶瓷端套和陶瓷體套通過熱裝配或膠粘工藝組裝到金屬閥體內；e.最后將陶瓷閥座和陶瓷球體裝入閥門內，裝配調試達到合格的陶瓷球閥產品。本發(fā)明陶瓷球閥采用三片式結構左法蘭、閥體、右法蘭，左右法蘭對稱尺寸相同，法蘭和閥體及填料壓蓋采用WCB(腐蝕性環(huán)境可采用304或316L)鑄造，閥桿用304或316L。填料用聚四氟或氟橡膠及硅橡膠等。各部件經機床及鉆床按圖紙尺寸及公差加工完成。內襯的左端套、右端套、體套用氧化鋁工程陶瓷，閥座、復合陶瓷球體組件(陶瓷筒、左球面帽、右球面帽)采用高強度高韌性的氧化鋯陶瓷或氧化鋁增韌氧化鋯復合陶瓷。陶瓷閥座和襯套的成型用冷等靜壓成型，按設計圖紙尺寸以陶瓷材料燒成收縮系數(shù)放尺車制成陶瓷坯體，陶瓷坯經合理的燒結曲線高溫燒成；燒結后的致密陶瓷部件通過平面磨床和萬能磨床用金剛石磨具精密磨加工，達到圖紙設計的尺寸及公差要求。組合式陶瓷球體的加工方式及工藝陶瓷筒及左右球面帽，成型和燒結與閥座、襯套的方法工藝相同；磨加工及組裝順序為1.陶瓷筒以內孔為基準磨外圓至尺寸要求，再磨平兩端口至尺寸；2.金屬環(huán)用304或316L不銹鋼材質制作成型，將端面和內孔精車加工至設計尺寸，與閥桿連接部位的球面尺寸低于陶瓷球面設計尺寸O. 1-0. 3mm ；3.左右球面帽用萬能磨床磨加工內孔，尺寸與陶瓷筒外圓精密配合，以內孔為基準將球帽端面磨平，再劃線用金剛石磨具銑出閥桿連接部位的豁口。4.將金屬環(huán)壓人或加熱套在陶瓷筒外壁至中心線處牢固箍緊；5.在金屬環(huán)上和陶瓷筒外圓涂覆高溫高強度粘接劑；6.將左右球帽以豁口部位對正壓入吻合后，用U型卡或螺栓壓緊兩端球面帽，將多余的膠擠出固化；7.至此復合陶瓷球體已組裝成整球體，后上球面磨床粗磨、精磨；8.最后在拋光磨床上整形拋光至鏡面，在金屬部位銑出連接閥桿的槽或橢圓孔，組合式復合陶瓷球體加工完成。組裝調試將磨加工完畢的陶瓷端套裝入左 右法蘭膠粘或熱裝固定；體套裝入中閥體內以閥桿校對圓孔周邊間隙后膠粘固定；將復合陶瓷球體與閥座配對研磨后裝入閥體內；通過微調閥座下面的彈性墊片使球轉動的扭矩適可；試壓無泄漏后，噴漆入庫；高可靠防破裂陶瓷球閥制作完成。
權利要求1.一種防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體，其特征在于由陶瓷筒、金屬環(huán)、左陶瓷球面帽和右陶瓷球面帽組裝而成，金屬環(huán)在陶瓷筒外壁于陶瓷筒正中處固定，金屬環(huán)與陶瓷筒通過熱裝工藝或膠粘工藝結合，左、右陶瓷球面帽套入陶瓷筒外部移至中線覆蓋金屬環(huán)，左、右陶瓷球面帽端面緊密貼合，內用高溫高強度膠填充粘結牢固，在金屬環(huán)上開設有與閥桿相配的弧線槽或銑出橢圓孔。
2.根據(jù)權利要求I所述防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體，其特征在于所述陶瓷筒是氧化鋯陶瓷筒或氧化鋁增韌氧化鋯復合陶瓷筒，左陶瓷球面帽和右陶瓷球面帽的材質均是氧化鋯陶瓷或氧化鋁增韌氧化鋯復合陶瓷，陶瓷筒、左陶瓷球面帽和右陶瓷球面帽的成型用冷等靜壓成型。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體，其特征在于所述陶瓷筒的通道孔為V型陶瓷管或者是O形陶瓷管。
4.一種含有權利要求I所述的防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體的防破裂大口徑復合 陶瓷球閥，其特征在于包括防破裂大口徑復合陶瓷球體、金屬閥體、右陶瓷閥座、右陶瓷端 套、右法蘭、陶瓷體套、左陶瓷閥座、左陶瓷端套、左法蘭和閥桿，防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體與陶瓷閥座密封配合，陶瓷閥座由左陶瓷閥座和右陶瓷閥座構成，陶瓷閥座置于陶瓷端套內，陶瓷端套由左陶瓷端套和右陶瓷端套構成，左陶瓷閥座置于左陶瓷端套內，右陶瓷閥座置于右陶瓷端套內，陶瓷端套前沿插入陶瓷體套，陶瓷體套外設有金屬閥體，左陶瓷端套外設左法蘭，右陶瓷端套外設右法蘭，左法蘭和右法蘭通過螺栓連接，閥桿設置在防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體的弧線槽或橢圓孔內。
5.根據(jù)權利要求4所述的含有防破裂大口徑復合陶瓷球體的防破裂大口徑復合陶瓷球閥，其特征在于所述防破裂大口徑復合陶瓷球體的陶瓷筒、左右陶瓷球面帽和左右陶瓷 閥座的材質均是氧化鋯陶瓷或氧化鋁增韌氧化鋯復合陶瓷；陶瓷體套、左陶瓷端套和右陶 瓷端套的材質采用氧化鋁工程陶瓷；陶瓷筒、左陶瓷球面帽、右陶瓷球面帽、左陶瓷閥座、右陶瓷閥座、陶瓷體套、左陶瓷端套和右陶瓷端套這些陶瓷件成型工藝用冷等靜壓成型工藝。
專利摘要本實用新型公開一種防破裂大口徑復合陶瓷球閥的球體及復合陶瓷球閥，防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體，由陶瓷筒、金屬環(huán)、左陶瓷球面帽和右陶瓷球面帽組裝而成，金屬環(huán)在陶瓷筒外壁于陶瓷筒正中處固定，金屬環(huán)與陶瓷筒通過熱裝工藝或膠粘工藝結合，左、右陶瓷球面帽套入陶瓷筒外部移至中線覆蓋金屬環(huán)，左、右陶瓷球面帽端面緊密貼合，內用高溫高強度膠填充粘結牢固，在金屬環(huán)上開設有與閥桿相配的弧線槽或銑出橢圓孔。還公開了一種含有防破裂大口徑復合陶瓷球閥球體的防破裂大口徑復合陶瓷球閥。組合式復合陶瓷球體具有承受大扭力的結構設計，可實現(xiàn)高可靠性工作。
文檔編號F16K5/08GK202531897SQ20122018764
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權日2012年4月28日
發(fā)明者郝隨江 申請人:鄭州鼎盛工程技術有限公司, 郝隨江