硬密封球阀设计
V型硬密封球阀密封结构的改进设计
V型硬密封球阀密封结构的改进设计1 密封结构改进方法在现有的V型阀结构中，一般采用板簧结构密封，通过阀盖在压紧阀座的过程中，阀座通过板簧变形，使V型球面与阀座产生一个预紧力，达到密封效果，在客户使用过程中，不断遇到新的工况要求，介质为粉尘或是细小颗粒，当阀门开启及关闭过程中，使阀门的开关扭矩增大，无法正常开关，甚至使弹性密封结构因为介质的填充无法达到设计的目的。
在经过对其它厂家阀门以上结构的分析研究，并与使用厂家沟通交流后，我们总结为有以下两个主要问题需要改进：①由于介质为固体的金属粉末或砂石粉末，造成后面板簧处时间长后介质填满内部空间，造成弹性失效而使阀门卡阻，不能打开或关闭；②阀座长时间使用由于硬质颗粒的冲刷造成阀座的磨损损坏而产生泄漏。
针对客户提出的问题，新设计开发的V型弹性硬密封球阀[1-2]，改进了以上问题产生处的阀门结构，本结构采用弹簧变形产生的压力使阀门密封，开启关闭时，阀门的开关速度平稳，开关力矩较小，为了避免因为阀门在开关时阀座的移动，使阀盖，阀座及阀体之间产生间隙，粉尘介质进入压力弹簧工作空间，将会使弹簧无法正常工作，特采用了密封垫片，保证弹簧正常工作，避免了粉尘介质的侵入。
2 改进后结构特点经过对原来产品的改进，新设计的阀门密封结构达到了以下性能方面的提升：①本结构阀门主要采用压力弹簧变形来控制阀门的开关扭矩及达到密封的要求，采用密封垫片Ⅰ及密封垫片Ⅱ保证了弹簧的工作环境，不会因为介质的侵入而影响弹簧性能，保证了阀门的开启及闭合速度平稳，开关扭矩较小，避免产生扭矩太大而使阀门无法正常开关；②本结构阀座及阀盖，在进料孔端采用锥面进料，并在阀座靠近密封带处有高出密封带的台阶孔，此结构减少了因为物料冲刷而使密封面磨损，提高了阀门的使用寿命；③当阀门在使用中因为开关引起阀座磨损时，可以重新调换调整垫片，以改变阀座密封压力，使阀门达到密封要求，延长阀门使用寿命。
3 设计计算本产品改进的主要是密封结构处，所以对密封处的密封比压进行了计算验证，参考《实用阀门设计手册》中球阀产品设计公式，以DN150规格为例进行计算。
法兰连接金属硬密封球阀简介、设计及施工安装要点
法兰连接金属硬密封球阀简介、设计及施工安装要点法兰连接金属硬密封球阀,金属硬密封球阀产品结构特点经过特殊处理的球体与阀座，特别适用于高温度及含各种粉尘与固体颗粒的介质。
1、采用特别设计的补偿性可动金属阀座结构，密封可靠。
2、本系列球阀应按规定流向使用。
3、本系列球阀可配多种驱动装置。
随着现代机械加工工艺和新材料的不断发展，球阀已不仅仅用在输送水、压缩空气等低温介质以及对密封性能要求较低的管道上，在石油化工、冶金、电力等行业中，钢制球阀已被广泛应用在工艺条件要求苛刻、介质比较特殊的工业装置上。
尤其是金属硬密封球阀已被越来越多的人们所熟知和青睐。
阀门供应网的金属硬密封球阀为金属密封结构，密封形式为金属对金属密封。
应用范围：气动金属密封球阀广泛应用于化工，石油，轻纺，电力，食品制药，制冷，航空，航天，造纸等工业领域，Class150～1500、PN1.6～16.0MPa，工作温度-29℃～425℃(碳钢)或-40℃～550℃(不锈钢)，不仅能控制气体，液体和蒸汽介质．也适用于控制污水和含有纤维的本质。
选用不同的材质,可分别适用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介质、尿素等介质。
金属密封球阀的(DN15～200mm)中小口径采用浮动球结构，(DN125～500mm)大中口径采用固定球结构。
阀体材料：WCB、CF8、CF3、CF8M、CF3M、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti连接形式：法兰、焊接驱动方式：手动、蜗轮蜗杆传动、气动、电动结构特点：1、流体阻力小、球阀是所有阀门中流体阻力最小的一种，即使是缩径球阀，其流体阻力也相当小。
2、止推轴承减小阀杆磨擦力矩，可使阀杆长期操作平稳灵活。
3、阀座密封性能好，采用聚四氟乙烯等弹性材料制成的密封圈，结构易于密封，而且球阀的阀封能力随着介质压力的增高而增大。
4、阀杆密封可靠，由于阀杆只作彷转动运而不做升降运动，阀杆的填料密封不易破坏5、由于聚四氟乙烯等材料具有良好的自润滑性，与球体的磨擦损失小，故球阀的使用寿命长。
多晶硅行业中硬密封球阀的设计特点
多晶硅行业中硬密封球阀的设计特点于洋【摘要】通过对多晶硅行业工作环境的分析，提出硅粉介质工况下硬密封球阀的一些设计思路。
通过分析得出，与常规硬密封球阀相比，多晶硅行业中应用的硬密封球阀应该采用更加宽大的球座密封面，双刮刀设计的阀座，更全面的硬质合金喷涂以及更有效的阀座弹簧保护措施和更强劲的外部驱动力等设计。
%By the analysis of the working environment for polysilicon production ,this paper proposed several Design idear of Metal -seated ball valve working under such environment .In analysis ,compear-ing to the usualenvironment ,Metal-seated ball valve using for polysilicon production should have more widely sealing between ball and seat ,both blade design for seat ,more flame plating with hard alloy , more effectivity protect for seat -spring and more stronger driving force .T his paper also discussed the necessity of these designations by these opinions .【期刊名称】《河南机电高等专科学校学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】3页(P60-62)【关键词】硬密封球阀;多晶硅;硅粉;密封;硬质合金【作者】于洋【作者单位】驻马店职业技术学院，河南驻马店463000【正文语种】中文【中图分类】U173.4引言球阀，是切断阀中的一种，通过启闭钢球的90度旋转来控制流体的一种管道压力容器，因其流阻小，结构简单，使用方便等特点，被广泛应用于石油炼制、长输管线，化工、造纸、水利、电力、钢铁等行业。
一种高性能金属硬密封球阀弹性阀座设计与研究
球 体 和 阀 座 的 材 料 都 选 用 JFK!2J)./2"1=2DL/&不
考虑球体和阀座表面密封涂层材料对球体和阀座
变形量产生的影响'对球体的上*下轴孔进行固定
约束&球体和阀座的密封环带贴合'密封环带内部
区 域 全 部 承 受 高 压 流 体 介 质 的 静 压 力 ;/%12!<=&
阀座承受流体介质的推力和提供初始密封比压的
金属硬密封球阀设计参数及试验要求
设计参数 金 属 硬 密 封 球 阀 的 公 称 通 径 %&!""'(( (&)*'
+, ) ' 公 称 压 力 -!."'/)0 (12033'!$"" ) ' 设 计 温 度 4!56!#$'7 ' 用 于 油 & 气 混 合 介 质 工 况 % 金 属 硬 密 封 球 阀 的 阀 体 材 料 为 8*9/'8:"$ ' 球 体 材 料 为 8*9/'8:+!';<0'1=!>*9=:! ' 阀 座 材 料 为 8*9/' 8:+!';<0'1=!>*9=< '*9=:! 和 *9=< 合 金 材 料 均 采用超音速喷涂(?@A;)工艺加工% 8*9/'8:"$ 材料 在公称压力 -!."'/)0 下的工作压力为 -!.<'/)0% 密封性能试验要求
采用常规阀座和弹性阀座的密封结构分别见 图 : 和图 !% 图 : 和图 ! 中'/ 为密封面宽度'W? 为阀座活塞直径'/T 为密封面外 径 '(K 为 密 封 面 内 径 ' 为 球 体 半 径 ' 为 密 封 面 投 影 宽 度 ' 为 密封面法向与通道轴向之间的夹角% 常规阀座和 弹性阀座的设计尺寸是完全相同的' 不同之处为 对弹性阀座进行了优化升级' 在其上加工了 : 道 弹性凹槽%
顶装硬密封球阀的设计
（ ）在 线维修 结构 顶装球 阀的优 势就在 于可以 ９
方便 地实 现在 线维 修 ，为实 现在 线维修 ，阀座设 计为
图３ 所示结构 ，装 配时 先将阀座 、弹簧 座 自阀体 顶部 装 入 ，阀座 向两 边退 人流 道孔 ，装入 球体 ，然 后将 阀座 推 向球 体 ，通 过定 位销将 弹 簧座和 阀座 推 向球 体 ，并
保阀杆可长期稳定 的工作。
（ ）阀杆密封用 唇形Ｐ Ｆ ￥ ０形密封 圈 构成 内 ４ Ｔ Ｅ１ 外三组密封副 （ 对高温 工况采 用柔性石墨做密封 ），实
靠弹 簧的预 紧 力实现 初始 密封 。需 在线维 修时 ，将 阀
盖 打开 ，通 过 定位销 上的 螺孔 将定 位销拔 出，将弹 簧 座 向后 移动 ，此时 阀座亦 可以 向后移 动 ，当两 边阀 座
体。在阀体上部安装放空螺 搴 ，便于进行压力试验和对
阀腔进行清洗 。在 阀体底部采用螺纹联接 安装排污阀 ，
过转轴 、 自润滑轴承 传递 到阀体和阀盖上 。球体无压 力
平衡孔 ，球 阀能在 阀门全 关或 全开的时候 ，排放 阀门中
用来控制阀体中腔内的杂质排 出。 （ ）阀盖接 盘尺寸符合ＩＯ ５ １标准的规定 接盘 ８ Ｓ ２ ｌ 设 计为既可安装加长杆 （ 埋地 阀门），又 可接 各种 （ 手
糖 ∽
三、设计计算
为 了保证 阀门 能安 全 、可靠 、稳定 的运 行 ，需要
对 阀体壁 厚、密封比压、开启力矩 、阀杆强度进行计算
或 校 核 ，其 中 阀 体 壁 厚 、 密 封 比 压 的 计 算 这 里 就 不 作 赘
述 ，仅列举开启 力矩 、阀杆强度的公式 ：
煤化工金属硬密封球阀有限元分析及结构优化设计分析
煤化工金属硬密封球阀有限元分析及结构优化设计分析摘要：文章结合煤化工的基本情况，对煤化工金属硬密球阀的有限元分析展开研究，在有限元分析之后，实现对结构的优化设计，提高煤化工金属硬密球阀的服务能力，使之满足相应工业生产的需求，推动煤化工行业的稳定健康发展。
关键词：煤化工；金属硬密球阀；有限元分析；结构优化设计在煤化工行业发展中，为了满足煤化工的发展需求，要对煤化工工作中的相应器件进行控制，其中金属硬密球阀是煤化工工艺中的重要器具，为了提高金属硬密球阀的功能，要对其展开有限元分析，经过分析后，对结构优化设计进行分析，提高煤化工金属硬密封球阀的功能和作用，推动煤化工行业的健康发展。
基于此，文章以煤化工金属硬密封球阀为研究对象，对其的有限元分析进行研究，再对结构优化设计进行分析，提高其的服务能力，促使煤化工的相关工作能顺利进行。
1.煤化工金属硬密封球阀的相关研究金属硬密封球阀在煤化工工艺中，具有较高的应用价值，其可以用在介质在油、气、水的基础上，再增加煤粉、煤渣、渣浆等高粘性和高硬度的固体颗粒中。
在工作时，可用于煤气化的装置中。
而且其还可以用于此类介质球阀使用一段时间后，比较容易出现卡顿或是开关不到位的情况，甚至还会有内漏的问题，直接影响金属硬密封球阀的功能和作用。
甚至还会有执行器的持续输出能给球阀整体的操作带来影响，导致破坏的情况发生，甚至会影响球阀的功能。
在金属硬密封球阀工作中，可能会受到一些因素的影响，导致金属硬密封球阀的工作受到影响。
1）内漏。
内漏是金属硬密封球阀常见的问题，其主要是因为工艺介质的性质、运行条件、密封副涂层材料等因素，都可能引起内漏的情况发生。
如果副涂层的选取不合理，也可能导致开关过程中，密封面之间出现严重拉伤的情况。
另外，如果上下游相对压差相对较大，就可能导致流通间隙相对较小，流速相对较快的，会导致球阀开关出现频率不断增加的情况，引起球阀内漏的情况出现。
2）卡顿和开关不到位。
这种情况，主要是因为密封面拉伤、固体颗粒介质在阀腔内堆积，还可能因为相关部件的设计不合理，也就影响金属硬密封球阀的服务作用。
关于双向偏心金属硬密封球阀的设计应用
关于双向偏心金属硬密封球阀的设计应用摘要：双向偏心金属硬密封球阀是普通球阀的改进型之一，它受温度限制小，操作轻便，磨损较小，很好地解决了普通球阀的一些缺点。
关键词：球阀双向偏心1.双向偏心金属硬密封球阀的结构1.1.球阀是带圆型通孔的球体作为启闭件，球体随阀杆转动，以实现阀门启闭动作的阀门。
球阀以结构紧凑、尺寸小、流通面积大、直通式、中间无阻碍、流阻小、启闭迅速等优点，广泛应用于管路系统，是目前工业上常用的阀门。
双向偏心金属硬密封球阀（图1所示）是在球阀的基础上，引进半球阀原理，使启闭件（球）与密封球座，在关闭时保持双面密封，应用偏心楔紧原理，每面都与相应的阀座形成楔紧状态，达到密封楔紧所需要的比压。
在开启时偏心球向外旋动，使球形密封面与阀座脱离开，不接触，球体自由地在两支撑轴上空转，减少了摩擦。
1.2.密封原理：双向密封球阀是将阀芯（球体）如图2所示的几何形状做成对称双偏心式的两个球半径相等，偏心距e=e的球面。
使球形阀芯与其相对应的阀座形成楔型的结构。
阀芯在支撑半轴上转动，开启时偏心球体逆时针转动，球体密封面与阀座脱开，互相不接触，阀芯在两半轴上空转。
关闭时球体顺时针旋转，应用圆偏心楔紧原理，每个球面都与其相对应的阀座形成楔紧状态，达到楔紧所需要的密封比压。
关键零件是球形阀芯的几何形状，作成对称双偏心式球面，使其球型阀芯与两端阀座形成楔型结构。
若一个密封面是液体迎着球面的密封副工作，另一个密封副则成为顺流正向的工作密封副。
由于作用在球面阀芯上的压力方向不同，密封正压力总值也就不同。
流向压力大，承载密封能力越大。
双向偏心金属硬密封球阀的最大特点是：既可逆向承载（）的密封压力；更能顺向承载（）的密封压力。
而且，一旦逆向的密封压力失效时，又一道顺流方向的承载力发挥作用，其承载能力可增加30～60%，承载能力使阀体组件保证可靠的工作状态。
2.偏心球的设计原理及其计算公式2.1.自锁条件：如图3所示圆偏心及其升角变化斜面机构的自锁条件是斜面螺旋升角α小于偏心体与底面、偏心轴与孔壁间的摩擦角、之和，即螺旋升角小于摩擦角2.2.图中自锁条件的力矩平衡方程式：令摩擦系数μ1=0.1，且忽略偏心园盘轴与孔壁间的摩擦力矩，取μ2=0，上述公式简化为：实际应用中，考虑到系统中各部位的摩擦及阀座环口的非平面因素，取μ1=0.15，可以满足：即自锁条件为：偏心球体直径D，偏心量e，满足上述条件，就能在相关尺寸设计时保证阀门自锁条件，即阀门在使用过程中不会自行松开，保证安全可靠。
金属硬密封耐磨球阀的设计、制造与工艺
1
2
采用上下支承轴定位球体的结构设计
球体采用上下支承轴定位的结构设计，上下支承轴与阀体静配合，不会产生支承轴的倾斜，阀杆设置在上支承轴内部，介质对球体的推力由上下支撑轴承受，阀杆仅仅传递启闭阀门的扭矩，因此可以大大减少阀杆的扭矩。
02
采用上下支承轴定位球体的结构设计
01
3.4、高温工况的结构设计
典型的超音速喷涂设备（HVOF）
典型的超音速喷涂系统
球体的超音速喷涂
超音速火焰喷涂技术（HVOF）
考虑到超音速喷涂的结合力以及喷涂的成本，喷涂层的厚度通常控制在0.3mm左右，为了确保涂层的均匀性，球体喷涂前的圆度以及喷涂的均匀性非常重要，一般需要通过研磨以保证球体喷涂前的圆度，采用电脑控制的机械手对喷枪进行控制能够确保涂层的均匀性，而采用人工控制喷枪的方法则很难保证涂层的均匀性。
采用上下阀轴直接定位球体的结构设计
采用上下阀轴直接定位球体的结构设计
采用上下阀轴直接定位球体，该结构设计尽管简单，但是由于阀轴既要承受管道中的介质推力，又要承受启闭球阀的扭矩，因此，阀门的启闭扭矩较大。另一方面，由于阀轴与阀体为动配合，有一定的配合间隙，阀门关闭时介质作用在球体上的巨大推力必然会使阀轴产生一定的倾斜，从而导致阀门启闭时扭矩的增大，另一方面，阀轴的倾斜还容易引起阀轴部位的介质泄漏。
镍基合金热喷涂技术
镍基合金热喷涂是目前在金属硬密封球阀上成功应用的一种密封面硬化方法，镍基合金耐磨、耐腐蚀、耐温等，其综合性能优良，根据我们的实践，镍基合金适用于灰水、黑水、煤浆、煤渣等多种工况介质。
镍基合金热喷涂技术
镍基合金是一种自溶合金，主要成分包括镍、铬、硼、硅，其中镍是主要成分，也是耐磨材料与基体材料的粘合剂，根据配比成分的不同，可以获得不同的硬度，金属硬密封球阀一般采用HRC55～64的硬度。通过对基体材料及镍基合金材料的高温加热，能够使基体与密封面耐磨材料达到冶金结合，因此，镍基合金热喷涂具有结合强度高的特点。与超音速火焰喷涂相比，镍基合金热喷涂的另一个优点是涂层的厚度较大，一般为0.5～1.0mm。
金属硬密封球阀制造工艺
定义 (2)球体的圆度控制 (2)几种表面硬化处理工艺比较 (2)密封面配对材料的选择 (3)金属硬密封球阀球体的典型工艺过程 (7)金属硬密封球阀工艺过程中应该注意的问题 (7)硬化表面的加工 (8)定义金属硬密封球阀的制造工艺，主要分阀体和零部件的机加工工艺，球体的圆度控制工艺以及球体和阀座表面的樱花工艺。
金属硬密封球阀的阀体和零部件的机加工工艺，虽因各制造厂结构设计的不同稍有区别，单答题和通用阀门的机加工工艺相同。
本文内容重点介绍球体的圆度控制工艺以及躯体和阀座表面硬化工艺。
球体的圆度控制对于金属硬密封球阀，球体的圆度直接关系到阀门的密封性能。
通常球体在球面车床精车后应预留一定的磨削余量，经数控球面磨床磨削后进行表面处理。
表面处理后再进行数控球阀磨床精磨，然后再采用特制的球体研磨设备进行球面精密研磨。
研磨后的圆度采用三坐标测量仪检测，控制圆度误差在0.02-0.03mm以内。
几种表面硬化处理工艺比较由于金属硬密封球阀通常都应用在一些恶劣工况，如高温，高压且含有大量固体颗粒物的煤液化装置等。
同事，介质的腐蚀性也不尽相同，因此，金属硬密封球阀的阀体和阀座表面应根据具体工况采用不同的表面处理工艺。
尤其是抗硬固体颗粒介质的冲刷和磨损，以及腐蚀性介质的耐蚀表面，制备工艺较为复杂。
要全面提高密封面表面的埋没、耐蚀等性能，单靠改变基体材料的硬度和组织显然是不够的，因此需要对密封面采取不同的硬化手段。
一般有表面热处理和化学处理两种方式。
对于不同的处理方法，最后得到的密封面材料金组织不同，能够达到的硬度不同，耐磨性能也是不仅相同的。
表1-1是几种常用的典型硬化方式的简单介绍和比较。
密封面配对材料的选择密封面配对香料的选择，是金属密封球阀制造工艺的关键环节。
密封面配对材料的选择直接关系到阀门的性能、使用寿命、操作扭矩的大小。
因此，选择合适的密封面配对材料就非常重。
表1-1金属硬密封球阀的球体和阀座表面硬化处理工艺工艺方法特点表面化学沉积法（电镀硬铬、化学镀镍等）镀层薄，一般厚度为0.05-0.76mm，结合力差，长期使用后镀层磨损快且容易脱落，寿命不唱，工艺复杂，对于不规则零件难度更高，对环境污染严重，已逐渐淘汰表面硬化热处理，渗氮处理等硬化层厚度较薄，热处理过程中球体易表型，抗热喷涂镍基合金涂层厚度较厚，永昌能达到0.5-1.0mm，涂层结构力高，镍基合金耐高温、耐磨毛腐蚀等综合性能优良，能适用灰浆、煤粉、灰渣等工况，自溶性好，并可以通过改变配比获得不同的硬度（通常采用54-65HRC的硬度，求图硬度应高出阀座表面5HRV做哟，形成硬度差），单镍基合金热喷涂对基体材料和涅金合金材料的加热温度要求严格超音速火焰喷涂特曾厚度一般控制在0.3mm左右，结合力稍低于热喷涂镍基合金，通常为70-78mpa，硬度可高达70HRC以上，涂层均与，空隙率低，通常超音速火线喷涂的碳化钨和碳化钨钴铬涂层能适用于温度不超过540摄氏度的工况，如采用碳化铬或者陶瓷喷涂材料使用温度更高，根据工艺数据比较分析，其耐磨性是镀铬的2.5倍以上，而耐腐蚀性能与耐疲劳性也同样由于其他硬化方式，因此此硬化方式现在已被大多数用户认可和采用，是目前最先进的阀门密封面硬化方式之一。
[宝典]01-金属硬密封耐磨球阀的设计、制作与工艺
![[宝典]01-金属硬密封耐磨球阀的设计、制作与工艺](https://img.taocdn.com/s3/m/ca833c51eefdc8d377ee320f.png)
3、金属硬密封耐磨球阀的主要技 术难点的解决措施
3.1、球体及阀座表面的硬化技术
曾经被应用的技术： A、表面的镀硬铬； B、表面硬化热处理、渗氮处理等； C、堆焊Stillite硬质合金。 目前 上述的表面硬化技术已经很少使用。
球体圆度的精密研磨设备
球体圆度的三坐标测量仪
3.3、金属硬密封球阀启闭扭矩的问 题金属硬密封球阀由于密封面是金属与金属的
直接接触，其摩擦力要远大于金属与非金属 之间的摩擦力，因此与相同规格的软密封球 阀相比，其启闭扭矩要大很多，对于相同规 格的球阀，前者的扭矩通常是后者的3～4倍。 因此，从设计的角度考虑，即使相同规格的 球阀，硬密封球阀的阀杆强度以及驱动装置 的配置均要比软密封球阀大很多，只有这样 才能保证阀门的可靠运行，不然，可能导致 阀杆变形甚至断裂，或者因为驱动力矩过小 而无法启闭阀门。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.3、金属硬密封球阀启闭扭矩的问 题
对于口径较大压力较高的球阀，一般采用 固定球结构设计，对于该结构的球阀，可 以通过改进结构设计以减小作用在阀座上 的介质推力，从而有效减小球阀的启闭扭 矩，但是减少介质作用在阀座上的推力， 同时也会降低阀门的密封性能，因此，如 何通过优化设计既能保证阀门的密封性能， 同时又能降低阀门的启闭扭矩是阀门设计 者需要考虑的一个关键问题。
采用上下阀轴直接定位球体的结构设 计
3.1、球体及阀座表面的硬化技术
目前比较常用的技术： A、超音速火焰喷涂技术（HVOF）； B、镍基合金热喷涂技术； C、激光熔覆技术。
超音速火焰喷涂技术（HVOF）
超音速火焰喷涂（HVOF）主要是通过极高 的速度将耐磨粉末涂层材料喷涂到基体材 料表面，喷涂时的气流速度在很大程度上 决定了喷涂的质量，喷枪能够产生更高的 气流速度，则耐磨粉末涂层就能够获得更 高的运动速度，从而耐磨粉末涂层与基体 材料就能够获得更高的结合力和更高的致 密性，因此也就具有更好的耐磨性能和耐 腐蚀性能。
硬密封固定球阀资料
硬密封固定球阀资料一. 概述流体的最佳运输方式是管线运输。
硬密封球阀相对于软密封球阀除了具有流体阻力小、开关迅速方便、密封性好、寿命长、可靠性高、易于配电动、气动装置等特点外，还可适应更宽范围的温度和流体介质领域，因此被广泛应用在管线运输当中。
硬密封球阀的球体和阀座均是用金属材料制造，金属与金属材料组成的密封副，通常被称为硬密封。
二.用途硬密封球阀主要用于石油、天然气以及化学工业的管路中，相对于软密封球阀，硬密封球阀主要用在以下两种工况：①高温场合（石墨填料密封结构）；②常温，但是管路中为粉末或颗粒状介质（O形圈密封结构）。
三.硬密封固定球阀工作原理和结构说明1．工作原理借助手柄或其他驱动装置在阀杆上端施加一定的转矩并传递给球体，使它旋转90度，球体的通孔则与阀体通道中心线重合或垂直，使球阀完成开关的动作。
顺时针关闭，逆时针开启。
2．结构说明硬密封球阀的设计规范执行API 6D。
主要由阀体、阀座、球体、阀杆和驱动装置组成。
分两种结构：填料密封和O形圈密封。
（见图一）填料密封（高温场合）O形圈密封（常温场合）图一硬密封固定球阀的结构①＞100℃的场合，使用填料密封结构。
球体与阀座采用硬密封。
阀座静压面与阀杆处均采用石墨填料密封。
取消阀杆与压盖法兰之间、球体与支撑板之间的推力垫。
压盖法兰与支撑板渗氮。
（该结构不受使用温度的限制，一般可使用到500℃左右）；②≤100℃的场合，使用O形圈密封结构。
与常规固定球阀结构大体相同（阀座与阀杆处需要有注油装置），阀座静压面与阀杆处均采用O形圈密封，只是球体与阀座处采用硬密封。
阀杆与压盖法兰之间、支撑板与球体之间用纯PTFE推力垫。
下面对填料密封的硬密封固定球阀的结构做一下具体介绍：（1）密封结构采用弹性阀座，沿阀门通道横截面圆周布置一组弹簧，始终保持阀座压紧球体而达到预紧状态。
阀座当其流体压力很底时，借弹簧的推力；而当流体压力较高时，借助流体压力在阀座上所产生的不平衡力保证密封。
水煤浆工况用硬密封球阀的研究与设计
果可知 , 球阀设计的相关参数初步满足要求 。
512 总摩擦扭矩计算
图 1 进口端密封固定式硬密封球阀结构 表 1 性能参数
产品型号 压力等级 法兰标准 试验标准 结构型式 设计温度
10 ″ Q H E9R P76 PC - W 900 lb
A SM E B 1615 RJ A PI 598
固定式球阀由介质工作压力形成的作用力完全 传递给轴承 。作用力的大小取决于球阀阀座密封结
10 in.
A P I 6D
产品规格 设计标准 结构标准 主体材料 驱动方式 设计压力
构 。对进口端密封阀座 , 总摩擦扭矩 M F 为
M F =M Q Z +M ZC +M FT M Q Z = M Q Z1 + M Q Z2 M Q Z1 = ( 4) ( 5)
3 技术难点
2009 年第 2 期
4 问题解决方法
相对普通的硬密封球阀来说 , 水煤浆工况用硬 密封球阀要适用于高温 、 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 。
毕业设计---金属硬密封球阀的研制.2222pdf
K ^ fQ I N G H A I U N I V E R S I T Y 毕业设计说明书题目：________m m m M M m M —姓名：_________________________________学 号：_________________________________指导教师：_________________________________年级专业： 过程装备与控制工程2006级所在学院和系：_________________________________完成日期：___________2010年5月25日曰辩答2010年6月12日doc金属硬密封球阀的研制摘要阀门是流体管路的控制装置，其基本功能是接通或切断管路介质的流通，改变介质的流通，改 变介质的流动方向，调节介质的压力和流量，保护管路的设备的正常运行。
球阀具有流体阻力小，节 省能源，流向不受限制，启闭快等优点。
其综合技术性能比相同用途的截止阀、旋塞阀和蝶阀均优越。
设计重点介绍了球阀中最常用的三片式固定球金属硬密封球阀的设计过程和内容。
设计过程主要包括：阀门阀体和零部件的设计计算、结构设计、主要零部件的强度校核、相关 工艺的编制、装配和试压等。
根据毕业设计的要求，设计在严格遵循API6D和GB/T 12224-2005《钢 制阀门一般要求》等设计标准和规范的基础上，参考国际、国内现有球阀的结构，设计完成了球阀 中阀体、侧阀体、阀盖、阀杆、球体、等主要零部件的设计与校核等任务。
关键词.•管线球阀，设计，金属硬密封固定球阀docDEVELOPMENT OF THE METAL SEALING BALL VALVESABSTRACTT he valve is fluid pipe, the basic function of control device is connected or cut the circulation medium, change the circulation medium, change flow direction of medium, medium pressure and flow and protects the normal operation of the equipment, pipeline. T he ball valve has the advantages of small flow resistance, saving energy, Unrestricted flow, fast hoist and so on. It has excellent technical performance than stop valves, plug valves and butterfly valves. This project introduces the design process and the content of the three-petal type of fixed ball valve w ere introduced，which is the most commonly used one.T he design process mainly included The valve body and spare parts design and calculation, structural design, main spare part strength examination, Relevant process planning, assembly and testing e tc. According to the requirements in the task of the graduation design, strictly followed the request of the ISO 14313:2007 and GB/T 12224-2005 design standards and norms, referenced to the structure of the international and internal existing ball valves, and completed the design of the intermediate body, the Side body, bonnet，stem, ball and main spare parts and checking.Key words: Pipe ball valve，D esign，Metal seal fixed ball valvedoc目录1绪论 (1)1.1 雛 (1)1.2项目的背景 (1)1.3应用方向 (1)1.3.1油、气工业 (1)1.3.2能源工业 (2)1.3.3化学工业 (2)1.4球阀在国内、外的研究状况和市场前景 (2)1.4.1職状况 (2)1.4.1市场前景 (2)1.5阀门行业的发展趋势 (3)2球阀基本理论 (5)2.1定义 (5)2.2工作原理 (5)2.3球阀特点 (5)2.4 艘 (5)2.5主要零部件 (5)2.6关于本设计的意义 (6)2.6.1设计的目的 (6)2.6.2设计的研究范围 (6)2.6.3设计参数及要求 (6)2.6.4设计要解决的主要问题 (6)3m m n (i)3.1球_的结构设计 (7)3.1.1.球体支撑结构形式的确定 (7)3.1.2密封而的机构设计 (7)3.1.3关闭件和阀杆的连接设计 (7)3.1.4填料密封结构设计 (7)3.1.5阀杆和螺母的连接设计 (8)3.1.6阀体和阀盖的连接设计 (8)3.1.7旁通阀的设计 (8)3.1.8传动装置的设计 (8)3.1.9牙嵌式离合器的结构设计 (8)3.1.10轴承端盖的结构设计 (8)3.1.11球阀的整体设计 (8)3.2球阀的材料选择 (10)3.3球阀的设计计算 (10)3.3.1密封面必须比压的计算： (10)3.3.2球体直径的计算与校核 (10)3.3.3阀体壁厚的计算 (12)3.3.4阀座合力的计算 (13)3.3.5密封面设计比压的计算 (15)3.3.6密封角的计算 (15)3.3.7普通圆柱螺旋弹簧的主要参数和尺寸 (16)3.3.8阀杆扭矩的计算 (17)3.3.9阀杆强度及键的计算 (19)3.3.10侧法兰的计算 (22)3.3.11驱动装置的校核 (26)3.3.12压盖法兰的校核 (26)4后期加工和装配工艺 (29) (29)4.2 294.3 294.4.支撑板 (29)4.5阀体阀盖 (29)4.6 (30)4.7压盖法兰 (30)4.8•预紧弹簧 (30)4.9 (30)4.10压套、压板 (30)5压力试验 (31)5.1壳体试验 (31)5.2密封面密封试验 (31)5.3上密封试验 (32)6结论致谢参考文献doc1绪论1绪论1.1概述球阀问世于20世纪50年代，随着科学技术的飞速发展，生产工艺及产品结构的的不断改进，在短短的40年时间里，已迅速发展成为一种主要的阀类。
硬密封球阀设计
大口径硬密封球阀的设计1 概述球阀由于具有启闭迅速、轻便、流体阻力小，结构简单、体积小、重量轻、密封可靠、维修方便等特点，因此被广泛应用于化工、石油、发电、原子能等各行业的管道上。
近年来，随着材料和制造技术的发展，中、小口径球阀已满足不了市场发展的需要。
本文探讨了一种适用于高温高压工况下的大口径硬密封固定球球阀的结构设计。
2分析球阀按其结构形式一般分为浮动球球阀和固定球球阀两种。
而浮动球球阀一般用于中小口径，中低压管道。
当阀门公称通径DN≥200mm,公称压力PN≥600Lb时,一般采用固定球球阀。
3结构设计针对大口径工况的需求，设计了大口径硬密封固定球球阀（图填料采使更换填料更下阀杆处增加了二是具备了防静电功能。
阀座后部设有弹簧座及弹簧，保证低压时阀座预紧力，保证密封。
阀座弹簧预紧组件，具有自紧特性，实现上游密封。
结构设计充分考虑了介质沉积、结垢对弹簧的影响，采用配合尺寸对其进行封闭。
而且阀门流量孔径与管线内径一致，以便管线清扫。
4材料选择首先，阀门的主要零件（阀体、球体、阀座、填料箱，阀杆等）材质采用双相钢S31803（中国牌号为00Cr22Ni5Mo3N）。
球体及阀座密封面喷焊不同牌号的硬质合金，喷焊层厚度为 2.5mm,其硬度差达HRC50。
双相不锈钢S31803（00Cr22Ni5Mo3N）硬度：HB≤290，而普通ASTM A182 F316L+G510的硬度：HB≤180。
阀门密封件材料为双相钢喷焊硬质合金，不但硬度提高了，而且耐冲蚀性和抗擦伤性也随之提高。
其次，双相不锈钢与普通的316L相比，耐晶间腐蚀性能更加优良，不但增加了强度和韧性，而且更容易密封。
双相钢材质的球阀比普通的球阀使用寿命长一倍基至几倍。
再次，普通的ASTM A182 F316L+G510球阀仅适用于尿素及甲胺液等腐蚀性介质，而双相钢球阀不但适用于尿素及甲胺液等腐蚀性介质，而且适用于含硫化氢、氢气、一氧化碳及有氯离子的介质，适用介质更加广泛。
高温氧气用金属硬密封球阀的研究与设计
高温氧气用金属硬密封球阀的研究与设计0 概述氧气切断阀是煤化工工艺装置中的一类重要阀门，安装于燃烧器供氧回路中，对预热氧气、氧气蒸汽混合气等进行切断控制。
其工作温度最高可达到450℃，工作压力最大可达到5.5MPa，且氧气为强助燃剂，泄漏等级要求为Ⅵ级。
在如此苛刻的工况条件下，金属硬密封球阀是其最好的选择。
1 高温氧气用金属硬密封球阀的设计参数以煤化工工艺装置中DN200mm高温氧气用金属硬密封球阀为例，其工艺参数如表1所示。
表1 球阀工艺参数2 高温氧气用金属硬密封球阀的材料选择高温氧气用金属硬密封球阀的阀体和主要零部件材料的选择很重要，要依据其工作温度、工作压力和介质特性进行选择，同时还要考虑到材料的加工工艺性和经济性。
由于氧气介质要求管路系统内部不能产生氧化锈蚀，因此球（氧）阀材料一般采用铬镍不锈钢等耐腐蚀钢。
煤气化装置中的氧气用金属硬密封球阀的阀体材料通常采用CF8M或F316，球体和阀座材料采用316，密封面喷涂硬质合金，主要零部件材料采用316。
高温情况下阀体材料采用INCONEL600或625的铸件或锻件，球体和阀座材料采用INCONEL600或625，密封面喷涂硬质合金，主要零部件材料采用INCONEL600或625。
弹性元件（碟簧或弹簧）的材料采用INCONELX-750，保证在高温状况下提供足够的预紧力。
3 高温氧气用金属硬密封球阀的结构设计高温氧气用金属硬密封球阀结构如图1所示。
1—主阀体2—副阀体3—下阀杆4—球体5—阀座6—压环7—弹簧8—加长阀颈9—上阀杆10—填料函11—填料12—压套13—压板14—支架15—气动执行机构图1 高温氧气用金属硬密封球阀结构3.1 阀座与球体的密封根据ANSIB16.104标准，粉煤或是渣水介质用的金属硬密封球阀密封等级要求为Ⅴ级。
由于氧气是一种危险介质，任何的外漏和内漏都可能造成燃烧、爆炸等严重后果，因此密封等级要求为Ⅵ级。
球体与阀座间的密封，是控制氧阀内漏的关键环节，要求达到严格的Ⅵ级密封。
01-金属硬密封耐磨球阀的设计、制造与工艺
3.2、球体的圆度及加工制造工艺
▪ 对于金属硬密封耐磨球阀，密封性能直接关 系到阀门的使用寿命，尤其在高压差工况， 如果阀门存在一定的泄漏量，在阀门的泄漏 部位很容易被高速流动的介质冲刷，从而发 生更大的泄漏，最终造成阀门的磨损失效。 对于金属硬密封球阀，球体的圆度直接关系 到阀门的密封性能。通常，对于喷涂后的球 体先采用数控球面磨床进行研磨，然后再采 用自制的研磨设备进行球体的精密研磨，通 过三坐标测量仪的检测，确保球体的圆度达 到0.02mm以内，从而使金属硬密封球阀达到 气体密封试验零泄漏。
镍基合金热喷涂技术
▪ 镍基合金热喷涂是目前在金属硬密封球阀 上成功应用的一种密封面硬化方法，镍基 合金耐磨、耐腐蚀、耐温等，其综合性能 优良，根据我们的实践，镍基合金适用于 灰水、黑水、煤浆、煤渣等多种工况介质。
镍基合金热喷涂技术
▪ 镍基合金是一种自溶合金，主要成分包括镍、 铬、硼、硅，其中镍是主要成分，也是耐磨材 料与基体材料的粘合剂，根据配比成分的不同， 可以获得不同的硬度，金属硬密封球阀一般采 用HRC55～64的硬度。通过对基体材料及镍基 合金材料的高温加热，能够使基体与密封面耐 磨材料达到冶金结合，因此，镍基合金热喷涂 具有结合强度高的特点。与超音速火焰喷涂相 比，镍基合金热喷涂的另一个优点是涂层的厚 度较大，一般为0.5～1.0mm。
典型的超音速喷涂设备（HVOF）
典型的超音速喷涂系统
球体的超音速喷涂
超音速火焰喷涂技术（HVOF）
▪ 考虑到超音速喷涂的结合力以及喷涂的成 本，喷涂层的厚度通常控制在0.3mm左右， 为了确保涂层的均匀性，球体喷涂前的圆 度以及喷涂的均匀性非常重要，一般需要 通过研磨以保证球体喷涂前的圆度，采用 电脑控制的机械手对喷枪进行控制能够确 保涂层的均匀性，而采用人工控制喷枪的 方法则很难保证涂层的均匀性。
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大口径硬密封球阀的设计
1 概述
球阀由于具有启闭迅速、轻便、流体阻力小，结构简单、体积小、重量轻、密封可靠、维修方便等特点，因此被广泛应用于化工、石油、发电、原子能等各行业的管道上。
近年来，随着材料和制造技术的发展，中、小口径球阀已满足不了市场发展的需要。
本文探讨了一种适用于高温高压工况下的大口径硬密封固定球球阀的结构设计。
2分析
球阀按其结构形式一般分为浮动球球阀和固定球球阀两种。
而浮动球球阀一般用于中小口径，中低压管道。
当阀门公称通径DN≥200mm,公称压力PN≥600Lb时,一般采用固定球球阀。
3结构设计
针对大口径工况的需求，设计了大口径硬密封固定球球阀（图
填料采
使更换填料更
下阀杆处增加了
二是具备了防静电功能。
阀座后部设有弹簧座及弹簧，保证低压时阀座预紧力，保证密封。
阀座弹簧预紧组件，具有自紧特性，实现上游密封。
结构设计充分考虑了
介质沉积、结垢对弹簧的影响，采用配合尺寸对其进行封闭。
而且阀门流
量孔径与管线内径一致，以便管线清扫。
4材料选择
首先，阀门的主要零件（阀体、球体、阀座、填料箱，阀杆等）材质采用双相钢S31803（中国牌号为00Cr22Ni5Mo3N）。
球体及阀座密封面喷焊不同牌号的硬质合金，喷焊层厚度为 2.5mm,其硬度差达HRC50。
双相不锈钢S31803（00Cr22Ni5Mo3N）硬度：HB≤290，而普通ASTM A182 F316L+G510的硬度：HB≤180。
阀门密封件材料为双相钢喷焊硬质合金，不但硬度提高了，而且耐冲蚀性和抗擦伤性也随之提高。
其次，双相不锈钢与普通的316L相比，耐晶间腐蚀性能更加优良，不但增加了强度和韧性，而且更容易密封。
双相钢材质的球阀比普通的球阀使用寿命长一倍基至几倍。
再次，普通的ASTM A182 F316L+G510球阀仅适用于尿素及甲胺液等腐蚀性介质，而双相钢球阀不但适用于尿素及甲胺液等腐蚀性介质，而且适用于含硫化氢、氢气、一氧化碳及有氯离子的介质，适用介质更加广泛。
5 设计计算
mm
MPa
壁厚合格。
2－0.6D MN2
JH 阀后密封比压：q o=P（0.6D MW2－D CH2+0.4D MN2）/8Rhcosψ
验算合格条件为：q MF＜q＜［q］
式中：q MF—密封面上必需的比压，MPa
［q］—密封面许用比压，MPa
ψ—球体与密封圈接触点与通道轴法向夹角，（°）
P—设计压力，MPa
D JH、D MN、D MW、R和h如图所示，设计给定。
5.3阀杆强度
阀杆力矩：M F= M QG+ M FT+ M ZC
式中：M F—阀杆力矩，N.mm
M QG—球体与阀座密封面间的磨擦力矩，N.mm
M QG = M QG1＋M QG2
M QG1—阀座对球体的预紧力产生的磨擦力矩，N.mm
M QG1 =π/4×（D MW2－D MN2）（1＋cosψ）q M F f M R
M QG2=πP f M R (D JH2－0.5D MN2－0.5D MW2)/δcosψ
M FT—填料与阀杆间的磨擦力矩(此种结构M FT近似为0)，N.mm
M ZC—轴承产生的磨擦力矩，N.mm
M ZC=π/8×D JH2P f Z d QJ
q M—球体最小预紧比压，
f M
f Z—轴承磨擦系数(取f Z=0.05
d QJ—阀杆直径,设计给定,mm
阀杆头部扭转剪切应力(图5)
式中：τN—
ω
ω=b3/4.8
β—系数
b—阀杆头正方形断面厚度(图
6 结语
硬密封固定球球阀是新一代高性能球阀，适用于长输管线和一般工业管线，其安全、耐恶劣环境性等在设计时均已进行了特殊考虑，用于各种
腐蚀性介质。
它与浮动式球阀相比，工作时管道中阀前流体压力在球体上产生的作用力全部传递给了上、下轴承，球体不移动，阀门密封靠弹簧和介质压力推动阀座实现，因而阀座不会承受过大压力。
所以，硬密封固定球球阀阀座变形小，操作力矩轻，密封可靠，使用寿命长，特别适用于高压、大口径的场合。
随着化工行业进口装置的不断增大，采用大口径硬密封固定球球阀的厂家越来越多。
该阀已成为各大化肥厂家选购球阀的首选阀门。