（化工过程机械专业论文）硬密封高温耐磨球阀关键技术研究.pdf

摘要 摘要 有机硅材料具有优异的综合性能，在生产生活诸多领域得到应用，有机硅工 业是国家大力发展的一个领域。生产有机硅单体装置回料系统的介质是固相为硅 粉的高温气固两相流介质，气固两相流介质对输送管道上的球阀有很强的磨蚀作 用，气固两相流介质的高温磨蚀特性要求球阀即要耐磨又能适应高温环境，目前 的球阀无法满足要求，需要对高温耐磨球阀关键技术开展研究，开发出满足有机 硅单体装置回料系统用高温耐磨球阀，以满足国家有机硅工业发展对高温耐磨球 阀的需求。本文在浙江省科学技术厅科技攻关计划项目“陶瓷耐磨球阀的研制” ( 计划编号2 0 0 4 c 3 1 0 0 6 ) 的资助下，针对有机硅装置回料系统介质的特点，对 硬密封高温耐磨球阀的关键技术进行了较为深入的研究，主要包括如下内容： ( 1 ) 双层辉光离子渗钨渗碳球体密封面特性。对经双层辉光离子渗钨渗碳工艺 硬化处理的2 c r l 3 材料的渗层深度、渗层的相组成、渗层的硬度分布，以及经此 工艺硬化处理的2 c r l 3 球阀启闭件球体的变形量和球体密封面的静压寿命进行 了详细的试验研究。试验结果表明经双层辉光离子渗钨渗碳工艺硬化处理的 2 c r l 3 球体密封面加工量小、硬化层厚且硬度高、静压寿命长，证实了双层辉光 离子渗钨渗碳工艺是一种能使硬密封球阀2 c r l 3 球体密封面具有优异综合性能 的硬化工艺。 ( 2 ) 硬密封球阀球体密封面精加工技术。提出了两种双轴转动球体密封面 研磨设备结构，对基于这两种结构实现球体密封面研磨成型的原理进行了理论分 析；为提高球体密封面研磨质量，对双轴转动球体密封面研磨设备双轴转速之间 的关系进行了分析并确定了二者之间的关系；推导出了球体研磨速度的计算公 式；提出了双轴转动球体密封面研磨设备的整体结构形式和部件结构形式；分析 了工艺参数值对球体密封面研磨效果的影响，在此基础上提出了球体密封面研磨 工艺参数值。对双轴转动球体密封面研磨设备样机的研磨效果进行了试验检验， 试验结果表明双轴转动球体密封面研磨设备可研磨出密封性能达到零泄漏的硬 密封球阀球体密封面，验证了双轴转动球体密封面研磨设备结构的可行性，以及 提出的研磨工艺参数值的合理性。 i i i 浙江大学博士学位论文 ( 3 ) 高温防卡阻硬密封球阀结构。提出了一种新型高温防卡阻硬密封高温 球阀结构球体预置偏心高温浮动对中硬密封高温球阀结构，分析了该结构球 阀的工作原理。 ( 4 ) 硬密封高温耐磨球阀密封结构。提出了一种硬密封高温耐磨球阀阀前 阀座和阀后阀座都能密封的双面密封结构；在分析双面密封硬密封高温耐磨球阀 阀座受力状况的基础上，推导出了阀座密封面密封比压的计算公式；针对双面密 封结构的特点，提出了确定阀座密封面宽度的准则，以此准则为基础给出了确定 阀座密封面宽度的方法；提出了一种阀杆锥形柔性石墨环组合填料密封结构，分 析了该阀杆密封结构的工作原理和特点。 ( 5 ) 硬密封高温耐磨球阀阀体内腔耐磨衬里技术。在分析阀体内腔磨损形式 的基础上，给出了阀体内腔耐磨涂层的热喷涂工艺形式并确定了涂层材料。 ( 6 ) 硬密封高温耐磨球阀试验研究。对硬密封高温耐磨球阀样机进行了压力 试验和高温磨蚀条件下的工况试验，试验结果表明硬密封高温耐磨球阀密封性能 优异，高温磨蚀条件下操作灵活、工作寿命长，验证了球体预置偏心高温浮动 对中硬密封高温球阀结构和阀门密封结构的合理性，以及所确定的耐磨涂层的耐 磨性。 关键词：高温耐磨球阀，硬密封，球体预置偏心，高温浮动对中，双层辉光离子 渗钨渗碳，精加工，密封结构，耐磨涂层 i v a b s t r a c t a b s t r a c t o r g a n i cs i l i c o nm a t e r i a lh a se x c e l l e n ti n t e g r a t e dp e r f o r m a n c ea n dh a sb e e n a p p l i e di nn u m e r o u sf i e l d so fp r o d u c t i o na n dl i v i n g o r g a n i cs i l i c o ni n d u s t r yi saf i e l d o fo u rc o u n t r yf o re n e r g e t i cd e v e l o p m e n t t h em e d i u mo fm a t e r i a lr e t u r ns y s t e mf o r t h eo r g a n i cs i l i c o nm o n o m e rp r o d u c t i o nd e v i c ei sam e d i u mo fh i g h - t e m p e r a t u r e g a s - s o l i dt w o - p h a s ef l o ww i t hi t ss o l i dp h a s ea st h es i l i c o np o w d e r , t h em e d i u mo f g a s - s o l i dt w o - p h a s ef l o wh a sv e r ys t r o n ga b r a s i o no nt h eb a l lv a l v eo nt h ed e l i v e r y p i p e l i n ea n di t sh i g h t e m p e r a t u r ea b r a s i o nc h a r a c t e r i s t i c sr e q u i r et h a t b a l lv a l v en o t o n l yr e s i s t sw e a r , b u ta l s oc a na d a p tt oh i g h - t e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n t ，b u te x i s t i n g b a l lv a l v ec a n n o ts a t i s f yt h er e q u i r e m e n t s ，i ti s r e q u i r e d t or e s e a r c ht h ek e y t e c h n o l o g yo fh i g h t e m p e r a t u r ew e a r - r e s i s t a n tb a l lv a l v ew i t hav i e wt od e v e l o p i n g t h eh i g h - t e m p e r a t u r ew e a r - r e s i s t a n tb a i lv a l v ef o rm a t e r i a lr e t u r ns y s t e mo fo r g a n i c s i l i c o nm o n o m e r p r o d u c t i o nd e v i c es oa st os a t i s f yt h ed e m a n do ft h ed e v e l o p m e n to f o r g a n i cs i l i c o ni n d u s t r yi no u rc o u n t r yo nh i g h t e m p e r a t u r ew e a r - r e s i s t a n tb a l lv a l v e u n d e rt h es p o n s o r s h i po ft h et e c h n i c a lk e yp r o b l e mt a c k l i n gp r o g r a mo fd e p a r t m e n t o fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yo fz h e j i a n gp r o v i n c e - - d e v e l o p m e n to fc e r a m i c w e a r - r e s i s t a n tb a l lv a l v e ”( p r o g r a mn o 2 0 0 4 c 310 0 6 ) ，ad e e p e rr e s e a r c hi sc a r r i e do u t o nt h ek e yt e c h n o l o g yf o rm e t a l - s e a t e dh i g h - t e m p e r a t u r ew e a r - r e s i s t a n tb a l lv a l v e w i t hr e s p e c t 幻t h em e d i u mc h a r a c t e r i s t i c so fm a t e r i a lr e t u r ns y s t e mf o ro r g a n i c s i l i c o nd e v i c ei nt h i sp a p e r , m a i n l yi n c l u d i n gt h ef o l l o w i n gc o n t e n t s ： ( 1 ) c h a r a c t e r i s t i c so fs e a l i n gs u r f a c eo fb a l lb yd o u b l eg l o wp l a s m ad i f f u s i n gw a n d c a r b u riz i n g d e t a i l e d e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h e sh a v e b e e nc a r r i e do u to i lt h e p e n e t r a t i o nd e p t h ，p h a s ec o m p o s i t i o no fp e n e t r a t i o nl a y e r , h a r d n e s sd i s t r i b u t i o no f t h e p e n e t r a t i o nl a y e ro f2 c r l3s u b j e c t e dt od o u b l eg l o wp l a s m ad i f f u s i n gt u n g s t e n a l l o y i n ga n dc a r b u r i zin gh a r d e n i n gt r e a t m e n ta sw e l la sd e f o r m a t i o na m o u n to f c l o s u r em e m b e r _ b a l lo f2 c r l3b a l lv a l v es u b j e c t e dt os u c hh a r d e n i n gt r e a t m e n ta n d s t a t i cp r e s s u r el i f eo fs e a t i n gf a c eo ft h eb a l l ，t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h e s e a t i n gf a c eo f2 c r l3b a l ls u b je c t e dt od o u b l eg l o wp l a s m ad i f f u s i n gt u n g s t e na l l o y i n g a n dc a r b u rizin gh a r d e n i n gt r e a t m e n th a ss m a l lp r o c e s s i n ga m o u n t ，t h i c kh a r d e n i n g l a y e r , h i g hh a r d n e s sa n dl o n gs t a t i cp r e s s u r el i f e ，t h u sa s c e r t a i n st h a tt h ed o u b l eg l o w p l a s m ad i f f u s i n gt u n g s t e na l l o y i n ga n dc a r b u riz in gp r o c e s si sah a r d e n i n gp r o c e s s v 浙江大学博士学位论文 t h a tc a nm a k et h es e a t i n gf a c eo f2 c r l3b a l lo fm e t a l - s e a t e db a l lv a l v eh a se x c e l l e n t i n t e g r a t e dp e r f o r m a n c e ( 2 ) p r e c i s i o nm a c h i n i n gt e c h n o l o g yo fs e a t i n gf a c eo fb a l lo fm e t a l s e a t e db a l l v a l v e t w os t r u c t u r a lm o d e l sh a v eb e e np r o p o s e df o rt h el a p p i n ge q u i p m e n tw i t ht w o r o t a r ys h a f t sf o rs e a t i n gf a c eo fb a l l ，a n dt h ep r i n c i p l eo fl a p p i n ga n df o r m i n go f s e a t i n gf a c eo fb a l lr e a l i z e db a s e do nt h e s et w os t r u c t u r a lm o d e l sh a v e b e e na n a l y z e d ； i no r d e rt oi m p r o v et h el a p p i n gq u a l i t yo f s e a t i n gf a c eo fb a l l ，t h er e l a t i o nb e t w e e nt h e r o t a t i o n a ls p e e d so ft h et w os h a f t so ft h el a p p i n ge q u i p m e n tf o rs e a t i n gf a c eo fb a l l h a sb e e na n a l y z e da n dt h er e l a t i o nb e t w e e nt h e mh a sb e e nd e t e r m i n e d ；t h ec a l c u l a t i o n f o r m u l af o rl a p p i n gs p e e do fl a p p i n gb a l lh a sb e e nd e r i v e d ；t h ei n t e g r a ls t r u c t u r a l s t y l eo ft h el a p p i n ge q u i p m e n tf o rs e a t i n gf a c eo fb a l la n ds t r u c t u r a l s t y l eo f c o m p o n e n t sh a v eb e e np r o p o s e d ；t h ee f f e c to fp r o c e s sp a r a m e t e rv a l u e so nl a p p i n g e f f e c to fs e a t i n gf a c eh a sb e e na n a l y z e da n dp r o c e s sp a r a m e t e rv a l u e sf o rl a p p i n go f s e a t i n gf a c eo fb a l lh a v eb e e ng i v e nb a s e do nt h i s t e s th a sb e e nc o n d u c t e do nt h e l a p p i n ge f f e c to fp r o t o t y p eo ft h el a p p i n ge q u i p m e n tw i t ht w or o t a r ys h a f t sf o rs e a t i n g f a c eo fb a l l ，a n dt h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h el a p p i n ge q u i p m e n tw i t ht w or o t a r y s h a f t sf o rs e a t i n gf a c eo fb a l lc a l ll a po u tas e a t i n gf a c eo fb a l lo fm e t a l s e a t e db a l l v a l v ew h o s es e a l i n gp e r f o r m a n c ea c h i e v e sz e r ol e a k a g e ，t h u sv e r i f i e st h es t r u c t u r a l f e a s i b i l i t yo ft h el a p p i n ge q u i p m e n tw i t ht w or o t a r ys h a f t sf o rs e a t i n gf a c eo fb a l la n d r e a s o n a b i l i t yo fv a l u e so fl a p p i n g p r o c e s sp a r a m e t e r s ( 3 ) s t r u c t u r eo fh i g h - t e m p e r a t u r ea n t i - s e i z u r em e t a l s e a t e db a l lv a l v e an e w t y p eo fs t r u c t u r eo fh i g h t e m p e r a t u r ea n t i s e i z u r em e t a l s e a t e db a l lv a l v e s t r u c t u r e o f1 1 i g h t e m p e r a t u r ef l o a t i n gc e n t e r i n gm e t a l s e a t e db a l lv a l v ew i t hp r e s e te c c e n t r i c b a l li sp r o p o s e d ，a n dt h eo p e r a t i n gp r i n c i p l eo ft h i ss t r u c t u r eo fb a l lv a l v ei sa n a l y z e d ( 4 ) s e a l i n gs t r u c t u r eo fh i g h t e m p e r a t u r em e t a l s e a t e dw e a r - r e s i s t a n tb a l lv a l v e ad o u b l e s i d es e a l i n gs t r u c t u r et h a tc a ns e a lt h es e a tb e f o r ea n da f t e rat y p eo f m e t a l - s e a t e dh i g h - t e m p e r a t u r ew e a r - r e s i s t a n tb a l lv a l v ei s p r o p o s e d ；c a l c u l a t i o n f o r m u l af o rs p e c i f i cs e a l i n gp r e s s u r eo fs e a t i n gf a c eo fv a l v es e a ti sd e r i v e db a s e do n t h ea n a l y s i so fs t r e s sc o n d i t i o no ft h ed o u b l e - 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r e s i s t a n c e c o a t i n gd e t e r m i n e d k e y w o r d s ：h i g h t e m p e r a t u r e w e a r - r e s i s t a n tb a l l v a l v e ，m e t a l s e a t e d ，p r e s e t e c c e n t r i c i t yo fb a l l ，h i g h t e m p e r a t u r ef l o a t i n gc e n t e r i n g ，d o u b l eg l o wp l a s m ad i f f u s i n g t u n g s t e na l l o y i n g a n dc a r b u rizin g ，p r e c i s i o nm a c h i n i n g ，s e a l i n g s t r u c t u r e ， w e a r - r e s i s t a n tc o a t i n g v i i 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝望盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：二- j 呃稽，签字日期：2 卯了年7 月汐日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘鲎有权保留并向国家有关部门或机构送交 本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和供阅。本人授权堑望盘鲎可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位做作者签名：五1 钆掰 签字日期：缈孑年7 月扩日 新虢砌鳓 签字日期：缈辟7 月痧 致谢 致谢 首先感谢母校浙江大学为我提供了继续学习的机会，母校良好的学术氛围使 我受益匪浅。 本文是在导师郑津洋教授精心指导下完成的，论文的选题、研究方案的制定 和实施、研究成果的总结、论文的编排每个环节都凝聚着郑老师大量心血。郑老 师学识渊博、治学严谨，在郑老师言传身教下我受到了扎实的科研能力训练。郑 老师在学业上是严师，在生活中是益友，他的谦逊平和，他的豁达乐观，他的积 极进取潜移默化地影响着我，使我获益良多。在此，我谨向郑老师表示最诚挚的 感谢和最崇高的敬意! 感谢杭州春江阀门有限公司柴为民厂长为试验样机的制造和试验提供的帮 助! 感谢合肥六方金属复合陶瓷技术有限责任公司杨年发经理为球体表面沉积陶 瓷膜所提供的帮助! 感谢浙江新安化工集团股份有限公司有机硅厂毛慧珍高工、 何瑞唐高工为样机高温磨蚀条件下现场试验提供的帮助! 感谢合肥通用机械研究院陈学东院长为工作开展所提供的支持和帮助! 感谢 合肥通用机械研究院刘扬高工、郑庆伦高工、陈文虎教授级高工在提供硬密封高 温球阀失效案例方面所提供的支持和帮助! 感谢合肥通用机械研究院金挺工程师 在进行重力自蔓延内衬陶瓷试验中所提供的帮助。 感谢蒋家羚教授、王乐勤教授、陈志平教授的关心和指导，感谢化工机械研 究所所有关心和帮助过我的老师! 感谢承压设备研究室邓贵德、刘延雷、李翔、陈勇军及其他成员，他们都给 我提供了有益的帮助! 最后，感谢我的父母、妻子及岳父岳母给我的支持，尤其是要感谢我的妻子， 是她多年来对我的大力支持，使我能够安心完成学业。 刘汇源 二零零八年八月 绪论 1 绪论 1 1 引言 有机硅材料是第一个在工业上获得的元素高分子，自2 0 世纪以来有机硅材 料就以其独特的结构和优异的性能，在电子、电器、交通、造纸、食品、医药、 卫生等领域得到广泛应用【l j 。随着我国经济规模的不断扩大，对有机硅材料的需 求也在不断增长。有机硅单体是有机硅材料的原料，我国目前生产企业主要有蓝 星化工集团公司、新安化工集团公司和吉化公司，产量只有2 1 万吨，远不能满足 需要。为满足对有机硅单体的需求，我国将新建多套有机硅单体装置，如蓝星化 工集团将在天津新建一套年产2 0 吨有机硅单体装置，新安化工集团公司将新建 一套1 0 万吨有机硅单体装置，江苏梅兰化工集团公司，江苏宏达化工新材料股 份有限公司，宁波合盛化工有限公司等也将新建几套年产量2 5 - - 6 万吨有机硅 单体装置。另外，国内还有多套有机硅单体装置建设项目正在等待国家批准。 硅粉是制备有机硅单体的必备原料，它由氮气在管道中输送。由于硅粉硬度 高( 莫氏硬度6 5 ，接近s i o ：的硬度) ，氮气输送的硅粉对管道上的阀门有很强 的磨蚀作用，因此硅粉输送管道上的球阀必须耐磨。 有机硅单体装置回料系统介质为反应器出来的高温含硅粉气体，含硅粉气体 温度达到2 8 0 3 0 0 ，因此有机硅单体装置回料系统管道用球阀必须耐高温。 基于工艺要求，有机硅单体装置回料系统管道用球阀需要经常动作，每1 5 分钟动作一次，因此要求有机硅单体装置回料系统管道用球阀要有长的寿命。 由于有机硅单体装置回料系统介质具有高温、磨蚀特点，且工艺要求球阀经 常动作，目前在用球阀最长使用11 天，无法满足使用要求，需要对高温耐磨球 阀关键技术开展研究，开发出满足有机硅单体装置回料系统用高温耐磨球阀，以 满足国家有机硅工业大发展对高温耐磨球阀的需求。 浙江大学博士学位论文 1 2 硬密封高温球阀技术现状 1 2 1 球阀简介 球阀是一种以球体作为关闭件，可借助手柄或其它驱动装置驱动球体旋转 9 0 。，使球体通孔与阀体通道中心线重合或垂直，实现全开或全关动作的阀门， 常用的球阀从结构上可分为浮动球球阀与固定球球耐2 3 1 。 浮动球球阀典型结构如图1 1 ，主要由阀体、球体、阀座、阀杆、手柄( 或 其它驱动装置) 组成。浮动球球阀球体无支撑轴支撑，仅依靠两个阀座予以支撑， 同时阀杆与球体活动连接，所以球体呈“浮动 状态。借助于手柄( 或其它驱动 装置) 驱动阀杆，球体可以自由地在两阀座之间旋转。当球体通孑l 与阀体通道孔 对准时，球阀呈开启状态，流体流通；当球体转动9 0 。，球体通孔与阀体通道 孔相垂直时球阀呈关闭状态，此时，球体在流体压力的作用下被推向阀门出口侧 阀座，阀门密封。由于流体压力在球体上所产生的作用力全部传递给阀后的阀座， 因此，流体压力越高，浮动球球阀越容易密封。但对于较大通径的浮动球球阀， 压力越高，操作力矩就越大，同时，通径越大，球体自重也越大，自重在阀座上 所产生的压力分布不均匀性也越大。因此浮动球球阀的通径是有一定限制的，对 于软密封浮动球球阀通径一般不大于2 0 0 r a m ，且流体压力越高，通径越小。 图1 1 浮动球球阀结构简图 浮动球球阀由于结构简单，制造方便，成本低，因此在工业和民用领域得到 广泛应用。 2 绪论 固定球球阀典型结构如图1 2 ，主要由阀体、球体、阀座、上下转轴、驱动 装置等组成。球体与上、下轴连为一体，可沿与阀门通道相垂直的轴线自由转动， 但不能沿通道轴线移动。固定球球阀工作时，流体压力在球体上所产生的作用力 全部通过上下转轴传递给阀体，不会使球体向阀后阀座移动，因而，阀座不会承 受过大的作用力。固定球球阀适用于高压、大口径场合。 il l i 一 pc = 1：3f ! 一 - - i 一卜 9 jl j 腼呻，7 寸、寸啊 邕士、，b ，斗倒 ；_ 1 ，p 。 一 图1 2 固定球球阀结构简图 由于球阀球体仅需转动9 0 。即可实现阀门全开或全关，因此球阀具有开关 迅速，操作方便的特点。 依据球阀阀座使用材料的不同，球阀可分为软密封球阀和硬密封球阀。软密 封球阀阀座最常用的材料是聚四氟乙烯和填充聚四氟乙烯( 根据介质条件，软密 封球阀阀座也有采用尼龙、对位聚苯或聚氨酯橡胶等高分子材料制作的) ，硬密 封球阀阀座材料采用金属或者陶瓷。 工业和民用领域大量使用的球阀是阀座材料为聚四氟乙烯( 或填充聚四氟乙 烯) 的软密封球阀，其使用温度不超过2 0 0 ，为区别于这一类软密封球阀，通 常把使用温度高于2 5 0 。c 的球阀称为高温球阀【2 】。由于在高于2 5 0 。c 条件下可作 为球阀软密封阀座的高分子材料品种有限，高温球阀阀座基本上采用金属或者陶 瓷制作，即高温球阀密封通常采用硬密封形式【4 】。 1 2 2 硬密封高温球阀结构现状 由于球阀具有结构简单、操作方便、启闭迅速的特点，市场前景广阔，因此 3 浙江大学博士学位论文 不少球阀生产企业在硬密封高温球阀结构上做了不少工作。 图1 3 所示是美国v e l a n 公司推出的一种硬密封高温球阀结构图，它由阀体、 球体、阀杆、金属阀座及阀座与阀体间的柔性石墨密封圈组成。两个阀座以阀杆 轴心为对称中心嵌入阀体，阀座可在阀体嵌入槽中滑动，阀座与阀体之间的密封 靠柔性石墨密封圈来实现。由于柔性石墨密封圈可压缩变形，该结构球阀在一定 温度范围内使用不会因球体受热膨胀卡死不能动作，据该公司介绍此结构硬密封 球阀可使用于温度不超过3 4 3 的场合。 文献 5 介绍了一种用金属弹性圈作硬密封球阀阀座密封圈的高温球阀，结 构如图1 4 所示。它由阀体、球体、阀杆、金属阀座、阀座与阀体间的柔性石墨 密封圈、金属弹性圈、金属弹性圈压环及密封垫组成。两个阀座一个为可在阀体 嵌入槽中滑动的金属阀座，另一个为可变形的金属弹性圈阀座。该结构球阀在球 体受热膨胀时金属弹性圈阀座可变形，球体不致卡死不能动作。 卜阀体2 一球体3 一阀杆4 一密封圈 5 一阀座 图1 3v e l a n 公司高温球阀结构图 r，j 幽耋- f 二 j 一一矿鲁一 习厂司 = 丁 r 掣l b l 一阀体2 一球体3 一阀杆4 一密封圈5 一阀座 6 一压环7 一金属弹性圈8 一密封垫 图1 4 金属弹性圈高温球阀结构图 文献 6 、【7 介绍了一种蝶簧加载硬密封高温球阀，结构如图1 5 所示。它 由阀体、球体、阀杆、阀后阀座、阀后阀座密封圈、阀前阀座、阀前阀座密封圈、 压环及蝶形弹簧等组成。阀前阀座、阀前阀座密封圈、压环为一组件，蝶形弹簧 压在组件上。球阀装配后蝶形弹簧受压，它一方面为阀门密封提供初始力，另一 方面压缩阀座和阀体间的密封圈，使阀座和阀体间密封。该结构球阀两个阀座以 阀杆轴心为对称中心嵌入阀体，阀座可在阀体嵌入槽中滑动，在球体受热膨胀时 阀座组件滑动，蝶形弹簧受压变形，球体不致卡死不能动作。该结构是国内最常 采用的一种硬密封高温球阀结构。 4 绪论 图16 所示是日本北村公司推出的一种硬密封高温球阀结构，它由润体、球 体、阀车1 ，矧前蒯座、蝶形弹簧、阀后阀喹、阀后阀座与阀体间的柔性石罐密封 圈等组成。球阀阀后周座姬过蝶纹直接旋入阀体并_ i i 缩柔性石墨密封圈，使阀后 阀痤和闽体问密封，不再依靠蝶形弹簧压缩柔性石墨密封圈束保证阀座和阀体间 的密封。球阀阀前阀座径向与阀体间有间隙，在球体受热膨胀时闷前阀座c 在阀 休精中自出滑动，垭缩蝶形弹簧变形，球体不致i - 死不能动作。该结构硬密封球 阀原理被多家国外公司采用圈i7 、图l8 所示是美国m o g a s 公司、s s t 公司 硬密封高温球阀结构图1 7 结构阀后阀座和阀体问密封通过压板压缩阀座后面 的密封挚得到实现，文献8 1 介绍了一种类似结构，圈l _ 8 结构阀后闲座和闽体间 密封通过阀体压紧金属密封挚得到实现。文献【9 介绍了一种阀座直接插入阀体 并与阀体严密配合实现密封的硬密封高温球阀结构。 墼塑 卜阔休2 一球体3 一阀杆4 密封圈j 矧后捌座 6 一划前阀座7 一密封罔8 一压环9 一蝶簧 图l _ 5 蝶簧 载高温球阀结构斟 = ：r j y j ：一o j = 基j = _ - 蚓体2 一球体3 一阀杆4 一蝶簧5 一蒯前 阀庸6 一阁后阎座7 一密封髑 圈16 北村公司高温球阔结拇幽 圉l7m o g a s 公司高温球阀结构幽幽l8s s t 公司高温球阀结柑削 3 c 献 i o 、【1 1 】介绍了一种阀座与阀体为一体的硬密封高温球阀，结构如图 盘 藩 j _ 甘 浙江大学博士学位论文 1 9 所示。该阀结构简单，由阀体、球体、阀杆、阀前阀座、蝶形弹簧等组成， 其阀后密封座是通过硬化工艺在阀体上直接形成的。这种结构不需要考虑阀座与 阀体间的密封问题，减少了一个泄漏点，提高了密封可靠性。该阀阀前阀座径向 与阀体间有间隙，在球体受热膨胀时阀前阀座可在阀体槽中自由滑动，压缩蝶形 弹簧变形，球体不致卡死不能动作。目前美国m o g a s 公司、v t i 公司、v o l k 公司 以及国内一些阀门公司都推出了这种结构的硬密封高温球阀。 卜阀体2 一球体3 一阀杆4 一蝶簧5 一阀前阀座 图1 9 一体式硬密封高温球阀结构图 图1 3 图1 9 所示硬密封高温球阀都属于浮动球球阀结构，阀杆旋转中心 与球体中心一致，此类结构的硬密封高温球阀口径一般不大于2 0 0 m m 。 文献 1 2 介绍了一种固定球式硬密封高温球阀结构，如图1 1 0 所示。它主 要由阀体、球体、阀座、上阀杆、下阀杆、螺旋弹簧、压板、阀座与阀体间密封 圈组成。球体由上、下阀杆支撑定位，有介质压力作用时，球体无阀体轴线方向 的移动。两阀座可在阀体槽中滑动，当球体受热膨胀时球体推动阀座在阀体槽中 滑动并压缩弹簧变形，球体不致卡死不能动作。图1 1 l 为美国v t i 公司推出的 一种固定球式硬密封高温球阀结构，同图1 1 0 所示结构相比，用蝶形弹簧取代 了螺旋弹簧。 文献 1 3 介绍了一种阀杆与球体为一体的硬密封高温球阀结构，如图1 1 2 所示。它主要由阀座、球体、阀体、蝶簧压圈、蝶簧、阀座与阀体间密封圈压环、 阀座与阀体间密封圈等组成。该结构球阀蝶簧直接靠在阀座上，通过蝶簧压圈可 以调节蝶簧的压缩变形量，从而控制阀座和球体间的初始密封力。阀座与阀体间 的密封由压环压缩密封圈来实现。 6 绪论 j 嗣捅 只喵 o r 瑚f 1 k 刊 1 3 h 耳；翠 缚 二一、 | 1 台 | 。 i 卜阀体2 一球体3 一阀座4 一上阀杆 卜阀体2 一球体3 一阀杆4 一蝶簧 5 一下阀杆6 一弹簧7 一压板8 一密封圈 5 一压板6 一密封圈7 一球支撑环 图1 1 0 固定球式高温球阀结构图 图1 1 1v t i 公司固定球式高温球阀结构图 文献 1 4 、【1 5 】介绍了一种带波纹管的硬密封高温球阀结构，如图1 1 3 所示。 它由阀体，波纹管、蝶簧、阀座、球体、上阀杆、下转轴等组成。波纹管一端焊 在阀座上，另一端焊在阀体上，阀座与阀体间的密封靠波纹管实现。该结构球阀 的初始密封力由蝶簧和波纹管的变形共同提供。在高温状态下膨胀的球体推动阀 座向两边移动，压缩蝶簧和波纹管，球体不至于卡死不能动作。 卜阀座2 一球体3 一阀体4 一蝶簧压圈 卜阀体2 一波纹管3 一蝶簧4 阀座 5 一蝶簧6 一密封圈压环7 一密封圈5 一球体6 一上阀杆7 一下转轴 图1 1 2 阀杆球体为一体的高温球阀结构图图1 1 3 波纹管硬密封高温球阀结构图 m o g a s 公司、v t i 公司和国内一些阀门公司生产的小口径阀座与阀体一体式 硬密封高温球阀己在电厂蒸汽管路得到成功应用，v e l a n