法兰连接金属硬密封球阀简介、设计及施工安装要点

1、法兰金属硬密封球阀简介、设计及施工安装要点法兰金属硬密封球阀，金属硬密封球阀产品的结构特点经过特殊处理的球和阀座特别适用于含有各种粉尘和固体颗粒的高温介质。1.采用特别设计的补偿活动金属阀座结构，密封可靠。2.该系列球阀应根据指定的流向使用。3.该系列球阀可配备各种驱动装置。随着现代加工技术和新材料的不断发展，球阀不仅被用于输送水和压缩空气等低温介质，还被用于对密封性能要求不高的管道。在石油化工、冶金和电力工业中，钢球阀已广泛应用于工艺条件要求高、介质特殊的工业设备中。特别是金属硬密封球阀已经被越来越多的人所熟知和青睐。阀门供应网络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。适用

2、范围：气动金属密封球阀广泛应用于化工、石油、纺织、电力、食品和制药、制冷、航空、航天、造纸等工业领域，其等级为1501500，压力等级为1.6 16.0兆帕，工作温度为-29 425(碳钢)或-40 550(不锈钢)。不同材料可用于水、蒸汽、油、硝酸、醋酸、氧化介质、尿素等介质。金属密封球阀中、小直径(DN15 200mm毫米)采用浮球结构，中、大直径(DN125 500mm毫米)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、蜗轮传动、气动和电动结构特征：1.流体阻力小，球阀是

3、所有阀门中流体阻力最小的一种。甚至直径减小的球阀也具有非常小的流体阻力。2.推力轴承降低了阀杆的摩擦力矩，使阀杆的长期运行平稳灵活。3.阀座密封性能好。聚四氟乙烯等弹性材料制成的密封圈易于密封，球阀的密封能力随着介质压力的增加而增加。4.阀杆密封可靠。由于阀杆只是旋转运动，不会上下运动，阀杆的填料密封不容易损坏5.由于聚四氟乙烯等材料具有良好的自润滑性能，与球的摩擦损失小，球阀使用寿命长。6.安装在下面的阀杆和阀杆头的凸形台阶防止阀杆喷出。如果阀杆密封因火灾而损坏，凸台阶和阀体之间会形成金属接触，以确保阀杆密封。7.防静电功能：球体、阀杆和阀体之间设有弹簧，可将开关过程中产生的静电导出。气动执

4、行机构采用新型GT系列气动执行机构，具有双作用和单作用(弹簧复位)，由齿轮和齿条驱动，安全可靠标准规格：设计和制造标准：国标21385-2008结构长度标准：国标12221-2005连接法兰标准：GB/T 9113、ANSI B16.5、JB/T 74 90、GB91129131、HG2061520635、SH3406压力和温度等级：国标12224-2005检验标准：国标13927-2008金属硬密封球阀球体和阀座的硬化方式目前，金属硬密封球阀球体表面常用的硬化工艺主要有以下几种：(1)球体表面焊接(或喷涂)硬质合金，硬度可达40HRC以上。球体表面硬质合金焊接工艺复杂，生产效率低。此外，大面

5、积堆焊容易使零件变形，因此目前很少采用球体表面硬化工艺。(2)球体表面镀硬铬，硬度为60 65 HRC，厚度为0.07 0.10 mm。镀铬层具有高硬度、耐磨性和耐腐蚀性，可长期保持表面光亮。该工艺相对简单，成本低。然而，当温度升高时，由于内部应力的释放，硬铬涂层的硬度将迅速降低，(4)球体表面高速喷涂(HVOF)技术，硬度最高可达70 75 HRC，骨料强度高，厚度0.3 0.4 mm，是球体表面硬化的主要技术手段。火力发电厂、石化系统和煤化工行业中的高粘度流体；这种硬化工艺主要用于含粉尘和固体颗粒的混合流体以及强腐蚀的流体介质。超音速喷涂技术是通过富氧燃烧产生高速气流，加速粉末颗粒撞击工件

6、表面，形成致密表面涂层的一种工艺方法。在冲击过程中，由于颗粒速度快(500 750 m/s)和颗粒温度低(-3000)，冲击工件表面后可获得高结合强度、低孔隙率和低氧化物含量的涂层。HVOF的特点是合金粉末颗粒的速度超过声速，甚至是声速的2 3倍，气流速度是声速的4倍。HVOF是一种新的加工技术。喷涂厚度为0.3 0.4毫米，涂层与工件机械结合，结合强度高(77兆帕)，涂层孔隙率低(1%)。工件加热温度低(93)，工件不变形，可冷喷涂。喷涂时，粉末颗粒速度高(1370米/秒)，无热影响区，工件成分和结构不变，涂层硬度高，可加工。喷焊是一种金属材料表面的热喷涂处理工艺。它通过热源加热粉末(金属粉

7、末、合金粉末、陶瓷粉末)以熔化或达到高塑性状态，然后通过气流将其喷射，并将其沉积在预处理的工件表面上，以形成与工件表面(基底)牢固结合的涂层(焊接)层。在喷焊和堆焊硬化过程中，硬质合金和基体都有熔化过程，在硬质合金和基体的聚集处有一个热熔区。为了充分实现喷焊或堆焊硬质合金层的性能，避免焊接热熔区在加工后成为金属接触面，建议喷焊或堆焊硬质合金的厚度应大于3毫米3硬密封球阀球体与阀座接触面的硬度匹配金属滑动接触面需要有一定的硬度差，否则容易被咬。在实际应用中，阀球与阀座的硬度差为5 10 HRC，这使得球阀具有更好的使用寿命。由于球体的加工复杂，加工成本高，为了保护球体免受损坏和磨损，球体的硬度一

8、般高于阀座表面的硬度。在阀球与阀座的接触表面硬度匹配中，广泛使用的硬度匹配有两种：阀球表面硬度为55HRC，阀座表面硬度为45HRC。气门球表面可采用超音速喷涂钨铬钴合金20，气门座表面可采用堆焊钨铬钴合金12。这种硬度匹配是金属密封球阀使用最广泛的硬度匹配，可以满足金属硬密封球阀的日常磨损要求；阀球表面硬度为68HRC，阀座表面硬度为58HRC。阀球表面可超音速喷涂碳化钨，阀座表面可超音速喷涂钨铬钴合金。这种硬度广泛应用于煤化工行业，具有很高的耐磨性和使用寿命。国外采用相同硬度的阀球与阀座表面匹配。阀球和阀座的表面硬度大于72HRC。即使在超高硬度的情况下，阀球和阀座的接触面也不容易被咬。但

9、是，目前国内还没有成熟的磨削工艺来制造表面硬度大于72HRC的阀球和阀座，这使得阀球和阀座之间的配合很难保证。4.硬密封球阀球体和阀座硬化的预防措施金属硬密封球阀的阀球和阀座一般选用不锈钢或耐腐蚀材料，否则，硬质合金与阀座(或阀球)之间的结合层容易被介质腐蚀，硬质合金层脱落，影响球阀的使用寿命。此外，应针对不同的阀座(或阀球)选择合适的硬化工艺双相不锈钢是一种兼有铁素体和奥氏体结构的钢。铁素体和奥氏体结构各占约50%，两相结构独立存在。其性能的特点是奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢。在铁素体不锈钢的特性中，当温度在400 500范围内时，长期保温会产生强烈的脆化，这一般称为475脆化；当温度超过40

10、0 500时，双相不锈钢的性能将被破坏。双相不锈钢材料采用喷焊或堆焊时，会发生硬质合金与基体的熔化过程(温度一般高于900)，破坏双相不锈钢材料的金相组织。因此，双相不锈钢材料不适合喷焊(或堆焊)硬质合金的硬化工艺。双相不锈钢的表面硬化工艺适用于超音速喷涂工艺，硬化工艺必须保证双相不锈钢基体的金相组织不被破坏。(1)双偏心完全关闭图2 (b)。当球体旋转时，由于A和B的偏心，球体的密封面偏离原来的几何中心，旋转中心与阀座密封面之间的距离因位置不同而不同，导致半径长短，即R1R2。(2)双偏心开口(图3 (a)。当球体旋转到一定角度时，由于半径的长短产生凸轮效应，此时球体开始与阀座分离，球体旋转

11、时与阀座没有摩擦。(3 (b)双偏心全开(图3(b)。当球体旋转到90时，球体与阀座完全分离，球体与阀座之间没有任何摩擦，球体通道与阀体通道直接相连。为了保证两个通道的中心重合，要求两个偏心率相等，即A=B。此时，从旋转中心到球形中心的连线与通道中心的夹角正好为45，这就导致了双偏心球阀的特殊问题。由于考虑到结构需要，双偏心球阀的两个偏心必须相等，当长半径R1通过球的中心，正好落在密封球面区域内时，此时R1与密封球面相切，切点附近会出现较大范围的滑动摩擦，这将加剧局部摩擦，加速球阀的磨损。因为球阀的最佳密封区域通常在R1与通道中心的夹角为45的位置。在测试或使用过程中，双偏心球阀经常在这个位置

12、被划伤。1.3三重偏心球阀三偏心金属密封球阀基于双偏心金属密封球阀。其结构的三维模型如图4所示。三种偏心球阀有两种：球形密封和锥形密封。图4密封结构的三维模型球形密封三偏心球阀的密封圈为球面，该球面的球心与双偏心球阀的球心不重合，存在第三个偏心距。这种偏心改变了R1和密封球面之间的几何关系，使得R1即使穿过双偏心球面中心也不会与密封球面相切，从而克服了双偏心球阀的固有缺陷。将球形密封环改为锥形密封环，可获得锥形密封的三偏心球阀。2三偏心球阀的优点2.1与普通软密封球阀相比(1)能适应更宽的温度范围。软密封球阀受非金属密封件耐温性的影响，因此在温度过高时不能使用。根据不同的材料，金属密封件可以在

13、600或更高的温度下使用。(2)可在较高的压力范围内使用。由于非金属材料的耐压性和在高压下的稳定性的限制，非金属密封球阀用于CL600或更低。当用于较高压力等级时，非金属密封件容易失去稳定性并导致阀门故障。金属硬密封球阀可用于CL2500级。(3)可以获得更长的使用寿命(2)扭矩密封设计。传统的金属硬密封固定球阀通常在阀座后面有一个预压缩弹簧，在弹簧的作用下，阀座与球体的密封面接触，形成密封比压。如果弹簧刚度小，密封压力也小，密封效果差；如果弹簧刚度大，会增加密封面的磨损，增加切换扭矩；另一方面，由于介质温度的影响，弹簧的刚度往往随时间而变化，所以密封效果也随时间而变化。三偏心球阀采用扭矩密封

14、，可以形成较大的密封比压，不会产生很大磨损，同时也不会受到温度和交变载荷的影响。(3)单阀座的双向密封性能。为了释放阀腔内的介质，传统的金属硬密封球采用复杂的自动泄压机构或采用低温开孔的方式。前者增加了阀座的复杂性，而后者由于打开而使球阀具有方向性。三偏心球阀采用单阀座，因此不存在阀腔压力释放的问题。三偏心结构使阀座密封在任何方向都具有良好的密封效果，即具有完整的双向密封功能。3三偏心球阀的设计3.1承压部件的强度和刚度设计通过有限元分析对承压部件进行详细的强度和刚度设计，包括：(1)阀体的强度和刚度分析(图5)。(2)阀座和密封圈的接触应力和刚度分析(图6)。(3)阀杆的强度和刚度分析(图7

15、)。3.2密封圈和阀座密封面的加工密封圈的加工是三偏心球阀的关键，无论是锥形密封还是球形密封，都需要专用工装。密封面的加工精度直接影响阀门的最终性能。综上所述，金属密封三偏心球阀可应用于：(1)高温条件(高达600)；(2)低温或超低温(-196)；(3)高压条件(高达cl 2500)；(4)氢气的工作条件；(5)含有固体颗粒的工作条件等。随着石油化工和煤化工的发展，这种阀门将得到广泛应用。硬密封球阀的适用场所用于切断水流、改变水流分布或需要快速开关的低压小直径管道上的位置。功能：1)流动阻力小；2)结构简单；3)体积小，重量轻；4)目前球阀的密封面由塑料制成，密封性能良好。5)操作方便，开关快捷，遥控方便；6)维护方便，密封圈一般是活动的，拆卸和更换方便；7)全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质的通过不会造成阀门密封面的腐蚀。球阀的分类1)常用球阀根据其工作原理分为浮动球阀、固定球阀和升降杆球阀。2)球阀根据其通道位置可分为直通型、三通型和直角型。后两个球阀用于分配介质和改变介质的流向。施工安装要点1)、安装位置、高度、进出口方向必须符合设计要求，连接应牢固、严密。2)安装在保温管道上